PL233036B1 - Element murowy z rdzeniem termoizolacyjnym - Google Patents

Abstract

Element murowy z rdzeniem termoizolacyjnym wykonanym z materiałów termoizolacyjnych o wytrzymałości pozwalającej na formowanie osnowy nośnej, dla której w czasie jej wytwarzania stanowi część formy, zawiera co najmniej dwie bryły wewnętrzne (3), których szerokości (A1, A2) w miejscu przylegania złącza (17) lub ścianki poprzecznej (15) do ich powierzchni wzdłużnej jest mniejsza od odległości (B) między złączem lub ścianką poprzeczną przylegającą do powierzchni wzdłużnej bryły z jednej strony a złączem lub ścianką poprzeczną przylegającą do powierzchni wzdłużnej tej bryły z drugiej strony, przy czym złącza bezpośrednie oraz ścianki poprzeczne prostopadłe lub złącza skośne, łączące jedną parę sąsiadujących ścinek podłużnych są w innej odległości od środka elementu niż złącza lub ścianki, łączące kolejną parę sąsiadujących ścianek podłużnych.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest element murowy posiadający rdzeń termoizolacyjny zintegrowany z ciągłą osnową nośną, stosowany do wznoszenia ścian jednowarstwowych wszelkich obiektów budowlanych włącznie z budynkami pasywnymi i zeroenergetycznymi.

Obecnie coraz więcej uwagi przywiązuje się do oszczędności energii oraz działania zgodnie z zasadami zrównoważonego rozwoju co powoduje, że ściany budynków muszą charakteryzować się coraz większą izolacyjnością termiczną. Spełnienie aktualnych kryteriów termoizolacyjności ścian wymaga stosowania coraz grubszych warstw izolatorów termicznych, które aplikowane są głównie w systemach ścian dwuwarstwowych, to znaczy w systemach gdzie warstwa konstrukcyjna ściany pokrywana jest warstwą izolatora zwykle styropianu lub wełny mineralnej, sięgającej dzisiaj 20, 30 i ponad 30 cm grubości. Tak gruba warstwa izolatora nastręcza wiele problemów już w czasie jej montażu jak i później, w czasie eksploatacji budynku, szczególnie w przypadku stosowania jako izolatora styropianu, a styropian jest korzystnym materiałem termoizolacyjnym w budownictwie ze względu na jego stosunkowo niska cenę i małą wrażliwość na wilgoć. Natomiast jego wady takie jak: mała wytrzymałość mechaniczna, zmiana wymiarów postępująca w czasie wraz z cyklami nagrzewania się i schładzania oraz duża wrażliwość na ogień, uwypuklają się wraz ze wzrostem grubości jego warstwy aplikowanej jako izolacja zewnętrzna pokrywająca ścianę.

Znane są elementy budowlane zawierające pustki powietrzne, w których wewnętrzne ścianki wyprofilowane są w różny sposób np. wzdłuż linii łamanej faliście. Elementy te najczęściej są cegłami lub elementami betonowymi. W jakikolwiek sposób wyprofilowane by były ścianki wewnętrzne w tych elementach, wykorzystanie jako izolatora pustek powietrznych znacznie ogranicza spodziewany efekt różnego kształtowania ścianek wewnętrznych. Powietrze jest dobrym izolatorem, ale pod dwoma warunkami: po pierwsze jeżeli nie ma możliwości ruchów konwekcyjnych i po drugie jeżeli jest suche. W opisywanych elementach oba te warunki nie są spełnione. Powietrze zawarte w pustkach podlega swobodnym ruchom konwekcyjnym i ma taką wilgotność jaką ma ściana, a jest to wilgotność nie mała, średnio wynosi 6-12%, a często większa. Natomiast ukształtowanie ścianek osnowy w sposób wydłużający mostek termiczny jaki stanowi osnowa kształtująca i omijająca pustkę powietrzną w porównaniu ze ściankami tradycyjnie łączącymi się pod kątem prostym i równoległymi kolejnymi warstwami, powoduje znaczne powiększenie powierzchni styku ścianki osnowy z powietrzem wypełniającym pustkę, a więc zwiększona zostaje znacznie powierzchnia wymiany ciepła między ścianką osnowy a powietrzem nią ograniczonym. Potęguje to ruchy konwekcyjne i wymianę ciepła między osnową a powietrzem i między powietrzem a kolejną warstwą osnowy. Dlatego w elementach z pustkami powietrznymi znacznie większe znaczenie ma ilość warstw pustek powietrznych a nie ich kształt.

Znany jest z opisu patentowego nr PL.181846 element budowlany, złożony z kształtowego, ciągłego rdzenia składającego się z brył geometrycznych, korzystnie z materiału termoizolacyjnego oraz z osnowy wypełniającej komory tego rdzenia, utworzone między tymi bryłami. Ciągły rdzeń ma przynajmniej jedną płaszczyznę równoległą do jego podstawy, stanowiącej płaszczyznę, w której leżą czoła brył geometrycznych. Bryły geometryczne są umieszczone przynajmniej w dwóch szeregach, tworząc labirynt, przy czym bryły jednego szeregu są połączone z bryłami drugiego szeregu za pomocą łączników, tworzących z tymi bryłami jedną całość.

W znanych elementach budowlanych, w których osnowa nośna stanowi tak mocno rozbudowaną i filigranową strukturę, a izolator dzieli osnowę nośną na poszczególne fragmenty, przy określonych i w sumie niezbyt dużych oddziaływaniach na osnowę zauważa się jej dużą wrażliwość na siły łamiące element zarówno na jego długości jak i szerokości. Spowodowane to jest faktem, że izolator wnika w różnych miejscach począwszy od powierzchni górnej i dolnej na pewną głębokość w ściankę osnowy, co poza faktem zmniejszenia przekroju samej warstwy betonu w tym miejscu, powoduje efekt karbu bardzo ułatwiający łamanie warstwy posiadającej ten karb. Efekt ten wymusza szczególne środki ostrożności w transporcie elementów ich przekładaniu i murowaniu, ogranicza także ich możliwości konstrukcyjne. Ponadto na poziomie płaszczyzny podziału jak i powyżej oraz poniżej łączników izolatora występuje stosunkowo krótka droga dla przepływającego ciepła w porównaniu do reszty elementu co skutkuje ograniczoną jednorodnością termiczną elementu jak i ogranicza całkowitą jego termoizolacyjność nie dając możliwości na pełne wykorzystanie właściwości termoizolacyjnych dobrych izolatorów takich jak neopor.

W elementach opisanych w zgłoszeniu PL.341998 pustki posiadają charakter wybrań, a więc część osnowy nośnej znajdująca się poniżej wybrań i zwieńczająca wszystkie ścianki elementu stanowi

PL 233 036 B1 duży bezpośredni mostek termiczny. Ponadto osnowa nośna ukształtowana jest tak, że jej ścianki poprzeczne tworzą praktycznie bezpośrednie mostki termiczne. Nawet wewnętrzne ścianki poprzeczne łączące podłużne warstwy betonu i usytuowane pod pewnym kątem do nich nie wydłużają mostka termicznego jaki stanowi osnowa, powodują jedynie niewielkie minięcie się ścianki poprzecznej łączącej ścianki podłużne, ze ścianką poprzeczną łączącą kolejną warstwę podłużną. Takie ukształtowanie ścianek poprzecznych osnowy może dać jedynie niewielki efekt przy teoretycznym obliczaniu izolacyjności elementu bez uwzględniania faktu, że ciepło płynie drogą o mniejszym oporze cieplnym, to znaczy nie uwzględniając faktu, że strumień ciepła omija izolator drogą jaką stanowi osnowa nośna. Także boczne powierzchnie elementu są bezpośrednim mostkiem termicznym. Owalne gniazdo w ich środkowej części nie wydłuża mostka termicznego na tyle, aby mogło to mieć jakiekolwiek znaczenie dla izolacyjności całego elementu. Ponadto całe elementy według zgłoszenia PL.341998 charakteryzują się zamkniętym obrysem i bardzo niekorzystnym stosunkiem ich długości do szerokości. W efekcie budowa tych el ementów 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 nie da efektu, aplikowanie do tych elementów materiału o coraz mniejszym współczynniku lambda skutkować będzie coraz większym strumieniem ciepła płynącym drogą mostków cieplnych omijających izolator. 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.341998, czyli betonu o gęstości 1100 kg/m³, wynosi ok. 0,3-0,2 W/mK, a współczynnik lambda, na przykład neoporu to 0,031 W/mK, więc oczywistym jest, że strumień ciepła w znaczący sposób ominie izolator, a przede 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. W efekcie powstaje element, którego współczynnik U, jak podaje w opisie sam autor, wynosi 0,28 W/m2K. Jest to izolacyjność zdecydowanie za mała dla domów energooszczędnych.

Z opisu patentowego nr US.5209037 znany jest element budowlany, którego osnowa dzielona i równocześnie utrzymywana jest przez rdzeń izolacyjny w kształcie serpentyny o wyraźnie pofałd owanej strukturze przypominającej na zagięciach literę „T albo „Omega i ich fragmenty. Taki nierozłączny z osnową kształt rdzenia izolacyjnego zapewnia utrzymywanie połówek osnowy i zapewnia wznoszenie muru o ciągłej strukturze rdzenia. Pomimo pewnych modyfikacji wprowadzonych w stosunku do wcześniejszego rozwiązania US.4551959 w dalszym ciągu element jest wrażliwy na uszkodzenia i nie możliwe są zmiany jego grubości, gdyż brak jest sztywnego połączenia pomiędzy oboma czołowymi ściankami. Zwiększenie grubości izolatora do ilości pozwalającej na osiągnięcie izolacyjności niezbędnej dla domów energooszczędnych wymagałoby konieczności zastosowania dodatkowych połączeń między, rozdzielonymi izolatorem, warstwami betonu w postaci kotew czy siatek aplikowanych w czasie murowania. Elementy te nie mają zwartości konstrukcyjnej.

Znany jest z opisu wynalazku nr PL 210627 element budowlany składający się z osnowy elementu, zawierającej ściankę zewnętrzną i wewnętrzną, pomiędzy którymi rozmieszczone jest ażurowe wypełnienie w postaci żeber oraz umieszczone są termoizolacyjne rdzenie wypełniające przestrzenie pomiędzy ściankami i żebrami osnowy. Osnowa posiada żebra, usytuowane faliście pomiędzy ściankami osnowy, przy czym co najmniej jedną linię żeber tworzą żebra o większej szerokości niż pozostałe, a rdzenie umieszczone przy ściance zewnętrznej są szersze od rdzeni umieszczonych przy ściance wewnętrznej. W elementach tych stosunkowo długą drogę dla strumienia cieplnego omijającego izolator uzyskuje się dzięki stosunkowo dużej długości całego elementu i małej ilości żeber osnowy stanowiącej łączniki żeber podłużnych, dlatego aby cały element miał wystarczającą sztywność i wytrzymałość na siły działające w płaszczyźnie poziomej żebra osnowy ukształtowane są w sposób wywołujący wsparcie dla powierzchni czołowej elementów podobnie jak w sklepieniach i innych konstrukcjach łukowych, przez co bryły izolatora w przekroju poziomym mają kształt wielokątów wypukłych. Powoduje to, że wytrzymałość elementów na siły działające w płaszczyznach poziomych wzrasta ale przez to skraca się droga dla strumienia cieplnego omijającego izolator przez żebra osnowy oraz powoduje, że wszystkie ścianki osnowy ukształtowane są w sposób zbieżny z ogólnym gradientem temperatur, dlatego zgodnie z opisem, elementy według zgłoszenia nr PL.361566, muszą być wykonywane z betonów lekkich

PL 233 036 B1 o małym współczynniku lambda, dodatkowo skrócenie drogi dla ciepła omijającego izolator kompensowane jest także stosunkowo dużą długością całego elementu co dodatkowo wymusza zastosowanie do jego produkcji betonów lekkich ze względu na ciężar całego elementu. Konieczność kompensowania skrócenia drogi dla strumienia cieplnego omijającego izolator przez stosowanie betonów lekkich o niskim współczynniku lambda, a więc o stosunkowo niskiej wytrzymałości na ściskanie powoduje ograniczenia w zastosowaniu tych elementów jako elementów konstrukcyjnych.

Znane jest z opisu patentowego rozwiązanie elementu budowlanego PL 217077, który składa się z rdzenia ze sztywnego materiału termoizolacyjnego w postaci brył izolatorów i osnowy, zawierającej czołowe ścianki zewnętrzną i wewnętrzną, pomiędzy którymi rozmieszczone jest ażurowe wypełnienie łączące ściankę wewnętrzną ze ścianką zewnętrzną i wypełniające przestrzenie między bryłami izolatorów, tworzące ścianki podłużne i łączniki poprzeczne między ściankami podłużnymi wyprofilowanymi wzdłuż linii łamanej faliście. Powierzchnie izolatorów stykające się z osnową łączą się z osnową na zasadzie adhezji. Bryły izolatorów w przekroju poziomym mają kształt wielokąta wklęsłego, a pomiędzy nimi rozmieszczone są poprzeczne względem ścianek czołowych łączniki. Łączniki łączące poprzecznie ścianki czołowe i podłużne ścianki wewnętrzne osnowy elementu budowlanego tworzą z podłużnymi ściankami wewnętrznymi kąt mniejszy niż kąt prosty. Łączniki te rozmieszczone są w najszerszych miejscach izolatorów. W efekcie łączna długość łączników jest większa od grubości całego elementu co w połączeniu z przebiegiem odcinków ścianek środkowych znajdujących się między łącznikami, a będącymi pod kątem do płaszczyzn czołowych elementu daje znaczące wydłużenie drogi dla strumienia cieplnego biegnącego drogą osnowy elementu.

Rozwiązania PL 217077 i PL 210627 elementów budowlanych w odróżnieniu od przedstawianego obecnie rozwiązują zupełnie inny problem, - problem kształtów i budowy osnowy. Są to elementy, których budowa jest dość symetryczna. Na przykład ścianki poprzeczne w równoległych warstwach są ustawione w jednej płaszczyźnie. Tak więc dobór odległości złącz i ścianek poprzecznych jest standardowy i taki jak dotychczas zwykle stosowano. Okazało się że eksperymenty z ich przemieszczaniem przynoszą nieoczekiwane rezultaty i pomagają w uzyskiwaniu tak wysokich parametrów użytkowych jak według zaproponowanej konstrukcji. Olbrzymia praca eksperymentatorska twórcy pozwoliła zawalczyć znowu skutecznie o ułamki współczynnika U dochodzącym do 0,1 W/m²K i poniżej tej wartości przy zachowaniu wystarczających parametrów wytrzymałościowych. Co się w sposób nieoczywisty okazało to fakt, że przy takim układzie ścianek wytrzymałość nawet nieznacznie wzrasta w porównaniu z podobnie izolacyjnie wysublimowanymi konstrukcjami starszymi. Elementy według wynalazku są elementami murowymi spełniającymi najbardziej rygorystyczne wymogi dla ścian domów energooszczędnych, pasywnych i zero energetycznych.

Elementy murowe zawierające w swoim wnętrzu materiał termoizolacyjny, do których zalicza się zgłaszany element, co do zasady, mają istotną wadę - elementy te jak i ściany wykonane z tych elementów mają mniejszą izolacyjność termiczną od ścian wykonanych ze standardowych elementów nie zawierających izolatora, a wykonanych z takiego samego materiału jak osnowa nośna elementów z izolatorem i pokrytych ciągłą warstwą izolatora uzyskaną z takiego samego i z takiej samej ilości materiału izolacyjnego zawartego w tych elementach. Każde zmniejszenie izolacyjności jakie występuje w przypadku aplikacji izolatora do wnętrza elementu w stosunku do jego użycia jako ciągłej, pokrywającej element warstwy jest stratą w stosunku do użytych materiałów. Obecnie toczy się walka o coraz mniejsze wartości przenikania ciepła. Zmniejszenie współczynnika przenikania ciepła przegrody choćby o jedną setną W/m²K jest już sukcesem.

Celem wynalazku jest konstrukcyjny element murowy zintegrowany z materiałem termoizolacyjnym w sposób maksymalnie wykorzystujący jego właściwości termoizolacyjne, do wznoszenia ścian jednowarstwowych wszelkich obiektów budowlanych włącznie z budynkami pasywnymi i zeroenergetycznymi, a więc ścian o coraz niższym współczynniku U dochodzącym do 0,1 W/m²K i poniżej tej wartości o walorach konstrukcyjnych standardowych elementów, takich jak elementy bez termoizolatora lub spełniającymi obecne normy termoizolacji ścian przy ich szerokości mniejszej od dotychczas oferowanych na rynku z możliwością użycia do produkcji osnowy nośnej elementu, typowych i dostępnych na ryku kruszyw oraz spoiw z ciągłą osnową nośną, tworzącą powierzchnie czołowe elementu i zapewniającą jego zwartość konstrukcyjną i paroprzepuszczalność bez względu na rodzaj materiału termoizolacyjnego z jakiego wykonany jest rdzeń termoizolacyjny, dzięki czemu wyeliminowane zostaną wady izolatora, a uwypuklone jego zalety przy znacznym ograniczeniu straty izolacyjności termicznej w stosunku do izolatora pokrywającego ścianę.

PL 233 036 B1

Istotą wynalazku jest element murowy z rdzeniem termoizolacyjnym i osnową, które tworzą strefę izolacyjną (SI) i strefę nośną (SN). Element zawiera rdzeń termoizolacyjny, którego połączone łącznikami bryły czołowe, bryły boczne z zamkiem pióro - wpust, tworzą część powierzchni bocznych elementu i wnikające do wnętrza elementu oraz bryły wewnętrzne, zintegrowane na zasadzie wzajemnie przenikających się kształtów i siłami adhezji z ciągłą osnową nośną tworzącą powierzchnie czołowe i część powierzchni bocznych elementu oraz wypełniającą przestrzenie między bryłami rdzenia. Osnowa zawiera ścianki podłużne czołowe i ścianki podłużne wewnętrzne, łączące się ze sobą bezpośrednio za pomocą złączy bezpośrednich: złączy bocznych czołowych, złączy bocznych międzyczołowych, złączy przyśrodkowych, złączy odśrodkowych lub za pomocą ścianek poprzecznych prostopadłych do powierzchni czołowych elementu: ścianek bocznych, ścianek bocznych międzyczołowych, ścianek przyśrodkowych, ścianek odśrodkowych lub za pomocą ścianek poprzecznych skośnych do powierzchni czołowych elementu: ścianek skośnych łączących się ze ściankami podłużnymi złączem skośnym przyśrodkowym i złączem skośnym odśrodkowym. Element zawiera co najmniej dwie bryły wewnętrzne, których szerokości (A1, A2) w miejscu przylegania złącz lub ścianki poprzecznej do ich powierzchni wzdłużnej jest mniejsza od odległości (B) między złączem lub ścianką poprzeczną przylegającą do powierzchni wzdłużnej bryły z jednej strony a złączem lub ścianką poprzeczną przylegającą do powierzchni wzdłużnej tej bryły z drugiej strony. Złącza bezpośrednie oraz ścianki poprzeczne prostopadłe lub złącza skośne, łączące jedną parę sąsiadujących ścinek podłużnych są w innej odległości od środka elementu niż złącza lub ścianki, łączące kolejną parę sąsiadujących ścianek podłużnych, ponadto szerokość (A) co najmniej dwóch brył w miejscu przylegania do ich powierzchni wzdłużnych złącza lub ścianki poprzecznej jest większa od szerokości (C) bryły w miejscu przylegania do niej ścianki poprzecznej prostopadłej ograniczającej tę bryłę lub do złącza bezpośredniego ograniczającego tę bryłę lub do złącza skośnego ścianki skośnej ograniczającej tę bryłę.

Korzystnie gdy element murowy zawiera co najmniej jedną bryłę wewnętrzną rdzenia termoizolacyjnego, do której przylega złącze lub ścianka poprzeczna, do jednej powierzchni wzdłużnej bryły.

Korzystnie gdy długość, co najmniej jednej ścianki podłużnej wewnętrznej jest mniejsza od długości całego elementu, przy czym między ścianką podłużną wewnętrzną lub między bezpośrednim złączem międzyczołowym utworzonym przez tę ściankę podłużną lub między ścianką boczną lub boczną międzyczołową, łączącą się z tą ścianką podłużną a powierzchnią boczną elementu znajduje się warstwa rdzenia termoizolacyjnego.

Korzystnie gdy fragment ścianki podłużnej znajdujący się między sąsiadującymi ze sobą złączami kolejnych ścianek podłużnych, posiada na swej długości odcinek nieliniowy.

Korzystnie gdy w strefie nośnej (SN) elementu znajduje się, co najmniej 60% objętości osnowy nośnej, przy czym w strefie nośnej znajduje się, co najmniej jedna ścianka podłużna osnowy szersza od ścianek podłużnych znajdujących się w strefie izolacyjnej lub w strefie nośnej jest więcej ścianek podłużnych lub poprzecznych osnowy nośnej niż w strefie izolacyjnej.

Korzystnie gdy pióro zamka ma większą szerokość od wpustu.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono na rysunku, na którym fig. 1,2, 4, 5, 6 i 7 przedstawiają widok z góry przykładowych rdzeni termoizolacyjnych, fig. 3 przedstawia widok z boku przykładowego rdzenia termoizolacyjnego, którego widok z góry przedstawia fig. 2, a fig. 8 i 9 przedstawiają widok w aksonometrii przykładowych rdzeni termoizolacyjnych, których widok z góry przedstawiają fig. 2 i 4.

Rdzeń termoizolacyjny zawiera bryły czołowe (1), bryły boczne (2) i bryły wewnętrzne (3) połączone łącznikami o wysokości mniejszej od wysokości łączonych brył, przy czym łączniki (4) znajdują się we wnętrzu rdzenia między powierzchniami poziomymi lub łączniki (5) przylegają do jednej z powierzchni poziomych elementu. Między bryłami lub między bryłami a powierzchnią elementu znajdują się połączone przestrzenie przeznaczone do aplikacji materiału stanowiącego osnowę nośną elementu. Osnowa nośna zawiera ścianki podłużne czołowe (6) i ścianki podłużne wewnętrzne (7, 18), a sąsiednie ścianki podłużne łączą się ze sobą bezpośrednio za pomocą złączy bezpośrednich: złączy bocznych czołowych (8), złączy bocznych międzyczołowych (9), złączy przyśrodkowych (10), złączy odśrodkowych (11) lub za pomocą ścianek poprzecznych prostopadłych do powierzchni czołowych elementu: ścianek bocznych (12), ścianek bocznych międzyczołowych (13), ścianek przyśrodkowych (14), ścianek odśrodkowych (15) lub za pomocą ścianek poprzecznych skośnych do powierzchni czołowych elementu: ścianek skośnych (16) łączącymi się ze ściankami podłużnymi złączami skośnymi (17), przy czym między wewnętrznymi ściankami podłużnymi znajdują się co najmniej dwie bryły wewnętrzne, mające szerokość (A), w miejscu przylegania ścianki poprzecznej lub złącza do ich powierzchni wzdłużnych, mniejszą od odległości (B) między złączem lub ścianką poprzeczną przylegającą do powierzchni

PL 233 036 B1 wzdłużnej bryły z jednej strony a złączem lub ścianką poprzeczną przylegającą do powierzchni wzdłużnej tej bryły z drugiej strony, przy czym szerokość (A) w miejscu przylegania ścianki poprzecznej lub złącza do powierzchni wzdłużnej bryły jest większa od szerokości (C) bryły w miejscu przylegania jej do ścianki poprzecznej ograniczającej tę bryłę lub w miejscu przylegania złącza skośnego ścianki skośnej ograniczającej tę bryłę lub w miejscu przylegania bryły do złącza bezpośredniego ograniczającego tę bryłę - wówczas szerokość (C) dąży do zera, a złącza bezpośrednie oraz ścianki poprzeczne prostopadłe lub złącza skośne ścianek skośnych, łączące jedną parę sąsiadujących ści anek podłużnych są w różnej odległości od środka elementu niż złącza lub ścianki łączące kolejną parę sąsiadujących ścianek podłużnych. Odległości te przedstawione są na fig. 12,13,14 i 15, gdzie (D) to odległość złącza lub ścianki poprzecznej bliższa środka elementu lub równa zero w jednej warstwie, a (E) to odległość złącza lub ścianki poprzecznej w kolejnej warstwie, dalsza od środka elementu.

Jak wykazały badania izolacyjności termicznej elementów ilustrujące przepływ strumienia cieplnego w elementach znanych ze stanu techniki - gdy bryła izolatora ma wymiar równoległy do powierzchni czołowej elementu większy od wymiaru prostopadłego do powierzchni elementu, to strumień ciepła płynący przez tę bryłę między przylegającymi, w tej samej osi, po obu stronach do jej powierzchni wzdłużnych, złączami bezpośrednimi ścianek podłużnych lub ścianek podłużnych ze ściankami poprzecznymi, w stosunku do strumienia ciepła omijającego tę bryłę, jest stosunkowo duży. Umiejscowienie złączy przylegających do powierzchni wzdłużnej bryły po jej obu stronach w różnych odległościach od poprzecznej osi bryły, skutkuje dużym zwiększeniem oporu cieplnego całego układu, mimo że długość drogi dla strumienia cieplnego omijającego bryłę nie zmienia się w stosunku do układu, gdy złącza przylegające do powierzchni wzdłużnych bryły, po jej obu stronach, znajdują się w tej samej poprzecznej osi bryły. Efekt ten dodatkowo zwiększa się, gdy szerokość bryły w miejscu przylegania złącza do powierzchni wzdłużnej bryły jest większa od szerokości tej bryły w miejscu przylegania do niej ścianki ograniczającej tę bryłę lub do złącza ścianki ograniczającej tę bryłę lub do złącza bezpośredniego ograniczającego tę bryłę. Przy ukształtowaniu bryły izolatora i osnowy nośnej otaczającej tę bryłę według wynalazku, izolacyjność termiczna układu tak wyraźnie wzrasta, że możliwe staje się zastosowanie do wytwarzania osnowy nośnej materiałów o współczynniku lambda 0,18-0,40 W/mK, a nawet powyżej tej wartości w zależności od użytego izolatora, co znacznie zwiększa zakres możliwych do zastosowania materiałów konstrukcyjnych w stosunku do obecnie wytwarzanych elementów murowych do ścian jednowarstwowych i staje się możliwe wytwarzanie elementów do ścian jednowarstwowych dla domów pasywnych i zero energetycznych o dobrych właściwościach konstrukcyjnych i o większej zdolności do akumulacji ciepła lub elementów konstrukcyjnych spełniających dzisiejsze normy dla izolacyjności termicznej przy mniejszej grubości ściany od dotychczas oferowanych, na przykład: w przypadku gazobetonu dla ścian jednowarstwowych oferowane są, w najlepszym razie, elementy o szerokości 480 mm, wytrzymałości na ściskanie 2 MPa i współczynniku U = 0,19 W/m²K a przykładowy element według wynalazku o tej samej szerokości, to jest 480 mm, zawierający rdzeń termoizolacyjny z neopor o współczynniku lambda 0,031 W/mK i osnowę nośną z betonu kruszywowego lekkiego o współczynniku lambda = 0,18 W/mK ma wytrzymałość na ściskanie 2,0 MPa i współczynnik U = 0.1 W/m²K, a więc ma izolacyjność termiczną znacznie większą od porównywanego gazobetonu przy tej samej wytrzymałości, a w przypadku gdy element według wynalazku ma mieć taki sam współczynnik U jak przywołany element gazobetonowy czyli 0,19 W/m²K, to jego szerokość może być równa 320 mm a wytrzymałość na ściskanie może przekraczać 4 MPa. Dodatkowo parametry elementów według wynalazku mogą być w stosunkowo szerokim zakresie regulowane w zależności od rodzaju użytego do ich produkcji izolatora i materiału osnowy nośnej. Zastosowanie materiałów do wytworzenia osnowy nośnej o stosunkowo dużym współczynniku lambda > 0,2 W/mK, a co za tym idzie o stosunkowo dużej wytrzymałości na ściskanie, daje możliwość zminimalizowania ilości osnowy nośnej przy zachowaniu walorów konstrukcyjnych elementów, a w przypadku zastosowania materiałów o niskim współczynniku lambda, mniejszym od 0,20 W/mK, elementy według wynalazku charakteryzują się mniejszą szerokością niż obecnie oferowane ściany jednowarstwowe w technologii murowej o takich samych parametrach lub przy tej samej szerokości mają mniejszy współczynnik U, ponadto pozwalają na wznoszenie ścian o bardzo wygórowanych parametrach, to jest o współczynniku U od 0,2 do 0,1 W/m²K , tradycyjnymi i prostymi metodami murowymi oraz minimalizują możliwości popełniania błędów murarskich.

Korzystnym jest, gdy element według wynalazku zawiera co najmniej jedną ściankę podłużną wewnętrzną (18) mającą mniejszą długość od długości całego elementu, a między krótszą ścianką podłużną wewnętrzną lub między bezpośrednim złączem międzyczołowym (19) lub między ścianką (20)

PL 233 036 B1 boczną lub boczną międzyczołową, łączącą tę ściankę podłużną wewnętrzną z sąsiednią ścianką podłużną a powierzchnią boczną elementu znajduje się warstwa rdzenia termoizolacyjnego (21). W przypadku występowania brył izolatora według wynalazku okazało się, że mimo znacznego skrócenia drogi dla strumienia cieplnego omijającego bryłę przez skrócenie długości ścianek podłużnych wewnętrznych, wystąpił wzrost oporu cieplnego całego układu, dodatkowo znacznie wzrósł udział brył bocznych w tworzeniu powierzchni bocznej elementu, przez co zwiększyła się izolacyjność połączenia dwóch elementów w murze, które to miejsce jest zwykle słabym punktem ścian jednowarstwowych, ponadto powstała możliwość swobodnego, łatwego kształtowania zamków zastępujących spoinę pionową w murze i łatwego kształtowania uchwytu. Przykładowe elementy z krótszymi ściankami podłużnymi przedstawiają fig. 16,17, 18 i 19, 32, 33 i 34.

W przypadku, gdy szczególne znaczenie ma jednorodność termiczna elementu lub gdy opór cieplny osnowy nośnej jest mały lub gdy odległość między złączem przylegającym do powierzchni wzdłużnej bryły a złączem tę bryłę ograniczającym jest stosunkowo mała, to fragment ścianki podłużnej znajdujący się między tymi złączami, posiada na swej długości odcinek nieliniowy (22), który dla strumienia cieplnego płynącego drogą osnowy nośnej skierowany jest przeciwnie do ogólnego kierunku przepływu strumienia cieplnego przez cały element, co powoduje zwiększenie oporu cieplnego tego fragmentu ścianki podłużnej dla strumienia cieplnego omijającego bryłę i dodatkowe rozproszenie strumienia cieplnego. Przykład wykonania takiego elementu przedstawia fig. 20 i 21, gdzie strzałki T1 i T2 obrazują ogólny kierunek płynącego przez element strumienia cieplnego, gdy T1, > T2, a strzałki T3 przedstawiają kierunek drogi jaką stanowi osnowa nośna, dla strumienia cieplnego.

Elementy murowe ze zintegrowanym izolatorem termicznym są pewnym kompromisem między izolacyjnością termiczną elementu a jego wytrzymałością mechaniczną. Dla uzyskania najlepszych właściwości termoizolacyjnych w elemencie według wynalazku, korzystny jest równomierny rozkład ścianek osnowy nośnej i brył rdzenia termoizolacyjnego między powierzchniami czołowymi w przekroju poziomym. Przykłady elementów z równomiernym rozkładem osnowy nośnej i brył przedstawiają fig. 22 i 23.

W przypadku, gdy pożądane jest, aby element według wynalazku charakteryzowała szczególna wytrzymałość konstrukcyjna wówczas w części elementu od strony stanowiącej wnętrze budynku ulokowana jest większość osnowy nośnej w postaci grubszych ścianek osnowy nośnej lub w postaci większej ilości ścianek osnowy nośnej zlokalizowanej w połowie elementu od strony wnętrza budynku. W ten sposób utworzona jest strefa nośna elementu przeznaczona na oparcie elementu na fundamencie z możliwością jego wysunięcia poza fundament oraz na oparcie stropów, wieńca, podciągów czy części nośnej nadproży. Strefa nośna dzięki takiemu ukształtowaniu osnowy nośnej zajmuje względnie mało z szerokości elementu pozwalając na prawidłowe ocieplenie ściany na poziomie stropów, podciągów i nadproży, co w ścianach jednowarstwowych jest problematyczne. Podział elementu na strefę nośną i izolacyjną ilustrują fig. 24 i 25, gdzie SI to strefa izolacyjna, a SN to strefa nośna, przy czym fig. 24 i 25 przedstawiają przykładowe elementy z większą ilością ścianek osnowy w strefie nośnej, a fig. 26 i 27 przedstawiają przykładowe elementy z szerszą ścianką czołową w strefie nośnej, a fig. 28 przedstawia przykładowy element z szerszą ścianką podłużną wewnętrzną, a fig. 29 przedstawia przykładowy element z większą ilością ścianek poprzecznych w strefie nośnej.

Dla ułatwienia prac murarskich element według wynalazku posiada powierzchnie boczne ukształtowane w postaci zamków na zasadzie pióro-wpustu, przy czym co najmniej jedna powierzchnia boczna pióra lub co najmniej jedna powierzchnia boczna wpustu utworzona jest przez bryłę rdzenia termoizolacyjnego przylegającego do powierzchni bocznej elementu, dzięki czemu zapewniona jest ciągłość termoizolacyjna na przestrzeni zamków łączących sąsiednie elementy i dzięki pewnej elastyczności materiału z jakiego wykonane są rdzenie termoizolacyjne zapewniona zostaje szczelność zamka, korzystnie gdy pióro ma większą szerokość od wpustu. Przykładowe elementy posiadające zamek na zasadzie pióro-wpustu przedstawiają fig. 30, 31 i 32. Fig. 30 przedstawia przykładowy element posiadający powierzchnie boczne wpustu (23) tworzone przez bryły, a wypustu (24) przez osnowę nośną. Fig. 31 przedstawia przykładowy element posiadający jedną powierzchnię boczną wpustu i pióra tworzoną przez bryłę a drugą przez osnowę nośną. Fig. 32 przedstawia przykładowy element z wpustem i wypustem całkowicie ukształtowanymi w obrębie bryły.

W czasie prac murarskich pewnym kłopotem jest możliwość gromadzenia się kleju lub zaprawy między powierzchniami bocznymi kolejno kładzionych na murze elementów, co może utrudniać dosunięcie ich do siebie, aby tego uniknąć element montowany musi być najpierw dosunięty do poprzedniego nad spoiną poziomą i dopiero wówczas zostaje opuszczany pionowo na spoinę, jak praktyka pokazuje stwarza to pewne problemy, jeżeli istotnym jest ich uniknięcie, elementy według wynalazku posiadają

PL 233 036 B1 ukształtowane w obrębie brył przylegających do powierzchni bocznych elementu, zamki na zasadzie jaskółczego ogona co wymusza prawidłowe ułożenie kolejnych elementów na murze w łatwy sposób, a dodatkowo zapewnia szczelność połączenia i doskonałą ciągłość termoizolacji w newralgicznym miejscu muru, jakim jest połączenie w pionie kolejnych elementów na zasadzie zamków bez kleju czy zaprawy. Przykładowy element posiadające zamek na zasadzie jaskółczego ogona przedstawiają fig. 33 i 34.

Fig. 1, 35, 36, 37 i 38 przedstawiają przykłady wykonania elementów według wynalazku z przykładami ukształtowania rdzeni termoizolacyjnych i ścianek osnowy nośnej.

Zintegrowanie konstrukcyjne rdzenia termoizolacyjnego i osnowy nośnej zapewnia ich kształt, ponadto materiał rdzenia termoizolacyjnego łączy się z materiałem osnowy nośnej siłami adhezji. Ciągły rdzeń termoizolacyjny wykonany jest z materiałów o wytrzymałości dającej możliwość formowania osnowy nośnej, takich jak: styropian, neopor, spienione szkło, aerożel, korek, pianka poliuretanowa i inne spienione tworzywa sztuczne oraz materiały włókniste jak wełna mineralna i innych materiałów termoizolacyjnych mogących stanowić tracony szalunek dla formowanej osnowy nośnej, dla której w czasie jej wytwarzania stanowi część formy. W czasie formowania elementu murowego, wcześniej wytworzony rdzeń termoizolacyjny umieszczany jest w formie, której przykład przedstawia fig. 10, kształtującej powierzchnie zewnętrzne elementu, a umieszczony w niej rdzeń termoizolacyjny staje się częścią formy formującą strukturę wewnętrzną osnowy nośnej. Przykład formy, której część stanowi rdzeń termoizolacyjny (26) przedstawia Fig. 11. Następnie do tak utworzonej formy aplikowany jest materiał osnowy nośnej. Materiał osnowy nośnej może być wykonany z różnego rodzaju kruszyw zespolonych znanymi spoiwami powietrznymi lub hydraulicznymi lub różnego rodzaju spoiwami polimeryzującymi. Osnowa nośna może być, także wykonana ze spienionych spoiw takich jak pianobeton czy pianogips.

Elementy według wynalazku są elementami murowymi spełniającymi najbardziej rygorystyczne wymogi dla ścian domów energooszczędnych, pasywnych i zero energetycznych. Mogą być wytwarzane praktycznie z dowolnego rodzaju surowców w prosty sposób, a na budowie zapewniają możliwość wznoszenia ścian z minimalizacją błędów murarskich, tradycyjnymi metodami bez żadnych dodatkowych szkoleń.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Element murowy z rdzeniem termoizolacyjnym i osnową, które tworzą strefę izolacyjną (SI) i strefę nośną (SN), zawiera rdzeń termoizolacyjny, którego połączone łącznikami (4, 5) bryły czołowe (1), bryły boczne (2) z zamkiem pióro - wpust (23), tworzą część powierzchni bocznych elementu i wnikające do wnętrza elementu oraz bryły wewnętrzne (3), zintegrowanym na zasadzie wzajemnie przenikających się kształtów i siłami adhezji z ciągłą osnową nośną tworzącą powierzchnie czołowe i część powierzchni bocznych elementu oraz wypełniającą przestrzenie między bryłami rdzenia, zawierającą ścianki podłużne czołowe (6) i ścianki podłużne wewnętrzne (7, 18), łączące się ze sobą bezpośrednio za pomocą złączy bezpośrednich: złączy bocznych czołowych (8), złączy bocznych międzyczołowych (9), złączy przyśrodkowych (10), złączy odśrodkowych (11) lub za pomocą ścianek poprzecznych prostopadłych do powierzchni czołowych elementu: ścianek bocznych (12), ścianek bocznych międzyczołowych (13), ścianek przyśrodkowych (14), ścianek odśrodkowych (15) lub za pomocą ścianek poprzecznych skośnych do powierzchni czołowych elementu: ścianek skośnych (16) łączących się ze ściankami podłużnymi złączem skośnym przyśrodkowym i złączem skośnym odśrodkowym, znamienny tym, że zawiera, co najmniej dwie bryły wewnętrzne (3), których szerokości (A1, A2) w miejscu przylegania złącza (11) lub (17) lub ścianki poprzecznej (15) do ich powierzchni wzdłużnej jest mniejsza od odległości (B) między złączem lub ścianką poprzeczną przylegającą do powierzchni wzdłużnej bryły z jednej strony a złączem lub ścianką poprzeczną przylegającą do powierzchni wzdłużnej tej bryły z drugiej strony, przy czym złącza bezpośrednie oraz ścianki poprzeczne prostopadłe (15) lub złącza skośne (17), łączące jedną parę sąsiadujących ścinek podłużnych są w innej odległości od środka elementu niż złącza lub ścianki, łączące kolejną parę sąsiadujących ścianek podłużnych, ponadto szerokość (A) co najmniej dwóch brył w miejscu przylegania do ich powierzchni wzdłużnych złącza lub ścianki poprzecznej jest większa od szerokości (C) bryły w miejscu przylegania do niej ścianki poprzecznej prostopadłej ograniczającej tę bryłę lub do złącza bezpośredniego ograniczającego tę bryłę lub do złącza skośnego ścianki skośnej ograniczającej tę bryłę.

   PL 233 036 B1
2. 2. Element murowy według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera co najmniej jedną bryłę wewnętrzną rdzenia termoizolacyjnego, do której przylega złącze lub ścianka poprzeczna, do jednej powierzchni wzdłużnej bryły.
3. 3. Element murowy według zastrz. 1, znamienny tym, że długość, co najmniej jednej ścianki podłużnej wewnętrznej (18) jest mniejsza od długości całego elementu, przy czym między ścianką podłużną wewnętrzną (18) lub między bezpośrednim złączem międzyczołowym (19) utworzonym przez tę ściankę podłużną lub między ścianką (20) boczną lub boczną międzyczołową, łączącą się z tą ścianką podłużną a powierzchnią boczną elementu znajduje się warstwa rdzenia termoizolacyjnego (21).
4. 4. Element murowy według zastrz. 1, znamienny tym, że fragment ścianki podłużnej znajdujący się między sąsiadującymi ze sobą złączami kolejnych ścianek podłużnych, posiada na swej długości odcinek (22).
5. 5. Element murowy według zastrz. 1, znamienny tym, że w strefie nośnej znajduje się, co najmniej 60% objętości osnowy nośnej, przy czym w strefie nośnej znajduje się, co najmniej jedna ścianka podłużna osnowy szersza od ścianek podłużnych znajdujących się w strefie izolacyjnej lub w strefie nośnej jest więcej ścianek podłużnych lub poprzecznych osnowy nośnej niż w strefie izolacyjnej.
6. 6. Element murowy według zastrz. 1 i 6, znamienny tym, że pióro zamka (23) ma większą szerokość od wpustu.