Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛОСБЕРЕГАЮЩЕЕ ОКНО-СТЕКЛОПАКЕТ

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям окон для зданий и сооружений с теплосберегающим устройством.

При изготовлении оконных конструкций или фасадов зданий широкое применение нашли так называемые окна-стенки в виде стеклопакетов.

Известен стеклопакет - светопрозрачная конструкция строительного назначения из двух и более стекол, скрепленных (склеенных) между собой в порядке: стекло - воздушная камера (газ) - стекло - и т.д. [1]. Предназначение стеклопакета как замены стекол - в повышении такой характеристики окна, как сопротивление теплопередаче, поскольку воздух и некоторые другие газы плохо пропускают тепло.

Недостатком этого стеклопакета является то, что часто он недостаточно эффективен, особенно в тех случаях, когда поверхность стекла относительно велика (например, когда весь фасад выполнен из стекла). В частности, зимой, когда внутри помещений осуществляют искусственный нагрев, стены известного типа с двойным остеклением приводят к чрезмерному рассеиванию тепла наружу из помещений, что влечет за собой высокий расход энергии, связанный с потерей тепла за счет кондукции и конвекции. При этом особенно большие потери тепла наблюдаются при обдуве стекол потоком воздуха, имеющим большую скорость.

Известна также теплоизолированная наружная стенка из двойного остекления, в частности для окон или фасадов зданий, содержащая наружную панель и внутреннюю панель, с нанесенными на их поверхности низкоэмиссионными оптическими покрытиями, параллельные друг другу и образующие пространство [2].

Недостатком известной теплоизолированной наружной стенки из двойного остекления является то, что она не обеспечивает, как заявлено, минимальное рассеивание энергии, требуемой для сохранения оптимальной температуры среды внутри помещения, так как наблюдаются значительные потери энергии при движении наружного воздуха за счет кондукции, то есть прямой передачи тепла, и конвекции, когда воздух, охлаждаясь от стен, опускается вниз, контактирует со стеклом или сдувается потоком набегающего холодного воздуха, особенно зимой, когда потоки холодного воздуха часто имеют значительную скорость движения.

Целью изобретения является снижение теплопотерь, повышение эксплуатационных качеств теплоизолированных наружных стен, выполненных в виде теплосберегающих окон-стеклопакетов, обеспечение возможности их использования при больших перепадах температуры внутреннего и наружного воздуха и различных скоростях движения воздушного потока.

Указанная цель достигается за счет использования теплосберегающего окна-стеклопакета, выполненного в виде теплоизолированной наружной стенки, которое оборудуется газодинамическим устройством в виде вихреобразователей потока, состоящих из барьеров-щитков, установленных под углом, и размещаются по периметру окна-стеклопакета на всю ширину и высоту окна.

При использовании обычных окон-стеклопакетов происходит рассеивание тепла наружу из помещений за счет кондукции и, в большей степени, конвекции, при обдуве стекол потоком воздуха, особенно имеющим большую скорость.

Установленные по периметру окон-стеклопакетов барьеры-щитки, действуя как вихреобразователи потока, увеличивают сопротивления при обтекании щитков воздухом за счет касательных напряжений, возникающих на твердой границе, и влиянием образующейся за щитками области вихревого течения, связанного с явлением отрыва пограничного слоя. При обтекании тела с резко меняющимся профилем поверхности отрыв пограничного слоя является следствием проявления инерции воздушных частиц в пределах пограничного слоя. За точкой отрыва пограничный слой трансформируется в отрывное течение, характеризуемое сильной неустойчивостью образующихся вихрей. Отдельные вихри, отрываясь от твердой поверхности, сносятся потоком, на их месте образуются новые вихри и т.д. Турбулентное перемешивание, знакопеременный градиент давления, изменение направления течения внутри этой области создают условия для непрерывного взаимодействия между отрывным течением и основным потоком. Однако вследствие замкнутости осредненных во времени линий тока в пределах рассматриваемой области теплообмен между ней и невозмущенным потоком невелик, что обеспечивает сохранение тепла на поверхности окна-стеклопакета. Кроме того, часть кинетической энергии воздушного потока теряется за счет трения внутри пограничного слоя, что снижает скорость обтекающего окно-стеклопакет воздушного потока и уменьшает потери тепла за счет принудительной конвекции. При повышении скорости воздушного потока турбулентность увеличивается, что также способствует снижению теплопотерь, наблюдающихся в обычных условиях эксплуатации. Это повышает эксплуатационные качества окна-стеклопакета, обеспечивает возможность его использования при больших перепадах температуры внутреннего и наружного воздуха и различных скоростях движения воздушного потока.

Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники [3, 4, 5] не позволяет выявить в них признаки, сходные с заявленным теплосберегающим окном-стеклопакетом с газодинамическим устройством в виде вихреобразователей потока, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «существенные отличия».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид теплосберегающего окна-стеклопакета с установленным газодинамическим устройством в виде вихреобразователей потока; на фиг. 2 показано теплосберегающее окно-стеклопакет по 1-1 на фиг. 1; на фиг. 3 показано теплосберегающее окно-стеклопакет по 2-2 на фиг. 1.

Теплосберегающее окно-стеклопакет в виде теплоизолированной наружной стенки из двойного остекления 1, в частности для окон или фасадов зданий, содержащее наружную панель 2 и внутреннюю панель 3, параллельные друг другу и образующие пространство 4, при этом панели объединены в стеклопакет 5, оснащенный газодинамическим устройством в виде вихреобразователей потока воздуха 8, состоящих из щитков-барьеров 6 и 7, установленных под углом - к наружной панели 3 в средней части окна 6 и к фасаду здания 9 по периметру окна 7, и размещаются по периметру окон-стеклопакетов 5 на всю ширину и высоту окна.

Функционирует теплосберегающее окно-стеклопакет следующим образом. После установки теплосберегающего окна-стеклопакета, оснащенного газодинамическим устройством в виде вихреобразователей потока, в качестве теплоизолированной наружной стенки в проеме окон или фасадов зданий он переходит в рабочее положение. При функционировании окна-стеклопакета в качестве теплоизолированной наружной стенки, установленные под углом - к наружной панели в средней части окна и к фасаду здания по периметру окна, барьеры-щитки, действуя как вихреобразователи потока, способствуют турбулентному перемешиванию потока воздуха движущегося вдоль окон-стеклопакетов, что увеличивает сопротивления при обтекании щитков воздухом за счет касательных напряжений, возникающих на твердой границе, и влиянием образующейся за щитками области вихревого течения, связанного с явлением отрыва пограничного слоя. Турбулентное перемешивание, знакопеременный градиент давления, изменение направления течения внутри этой области создают условия для непрерывного взаимодействия между отрывным течением и основным потоком. Вследствие замкнутости осредненных во времени линий тока в пределах рассматриваемой области теплообмен между ней и невозмущенным потоком невелик, что обеспечивает сохранение тепла на поверхности окна-стеклопакета. Кроме того, часть кинетической энергии воздушного потока теряется за счет трения внутри пограничного слоя, что снижает скорость обтекающего окно-стеклопакет воздушного потока и уменьшает потери тепла за счет принудительной конвекции. Это повышает эксплуатационные качества окна-стеклопакета, обеспечивает возможность их использования при больших перепадах температуры внутреннего и наружного воздуха и большой скорости воздушного потока. При изменении направления воздушного потока действуют другие составляющие вихреобразователя потока в виде барьеров-щитков, которые размещаются по периметру окон-стеклопакетов на всю ширину и высоту окна, что повышает надежность работы окна-стеклопакета, оснащенного газодинамическим устройством. При повышении скорости воздушного потока не наблюдается увеличения теплопотерь, которые происходят в обычных условиях эксплуатации, так как турбулентность воздушного потока возрастает, что способствует снижению теплопотерь.

Таким образом, установка в проемах окон или фасадов зданий теплоизолированных наружных стен, выполненных в виде теплосберегающих окон-стеклопакетов, оборудованных газодинамическим устройством в виде вихреобразователей потока, снижает теплопотери, повышает эксплуатационные качества теплоизолированных наружных стен, обеспечивает возможность их использования при больших перепадах температуры внутреннего и наружного воздуха и различных скоростях движения воздушного потока.

Источники информации:

1. Сайт http://www.ru.wikipedia.org>wiki/Стеклопакет.

2. Патент RU №2432329, 2006.01, МПК Е06В 3/66.

3. Патент RU 2448133, 2006.01, МПК C08L 83/04.

4. Патент RU 2135723, 11.09.1998, МПК Е06В 3/24.

5. Сайт http://www.stroybox.ru.