Результат интеллектуальной деятельности: Панель для дополнительной теплоизоляции стен

Изобретение относится к области разработки конструкций дополнительной теплоизоляции стен при строительстве и ремонте зданий, предназначенных для уменьшения поступления теплоты из помещения в толщу стены при установке теплоизоляционных панелей внутри помещения или для защиты стен от воздействия неблагоприятных атмосферных процессов при установке панелей с внешней стороны здания.

Известна панель для дополнительной теплоизоляции стен (см. патент РФ № 2464390, МПК Е 04 В 1/80, опубл. 20.10.2012 г.), содержащая листы, образующие лицевую и тыльную плоскости панели с воздушной прослойкой между ними, причем конструктивные элементы панели выполнены из материалов, не поддерживающих горение, имеющих низкую теплопроводность и выбранных из группы «полиуретановый поропласт» для тыльной плоскости, жесткий пенополиуретан с замкнутоячеистой структурой – для разграничителей, пенополистирол, древесно-волокнистые плиты, листы сухой штукатурки – для лицевой плоскости, при этом каждый из разграничителей, обеспечивающих сохранение минимальной постоянной толщины воздушной прослойки, а также возможность многократного снятия и установки всей панели или только ее лицевой плоскости, выполнен в виде соединенных в единую конструктивную деталь по меньшей мере четырех ячеек, имеющих в центральной части, где сходятся ребра жесткости ячеек, канал для ввода крепежной детали, предназначенной для прикрепления лицевой плоскости к разграничителю, а ребра жесткости каждого из разграничителей утоплены в массу пластичного материала, из которого формируют лист, образующий тыльную плоскость панели, до начала его затвердевания, в результате чего получается прочное соединение каждого разграничителя с тыльной плоскостью панели, выполненной с возможностью прикрепления к стене с использованием крепежных деталей, при этом листы панели конструктивно сгруппированы пакетами по восемь штук с жестким соединением между собой тыльной и лицевой плоскостями и девятым в центре, который имеет возможность горизонтального перемещения относительно стены, причем крепежная деталь выполнена в виде стержня с двухсторонним резьбовым соединением, кроме того, одним концом стержень жестко соединен с крепежным каналом в центральной части разграничителя, а другим концом соединен с лицевой плоскостью каждого листа панели как с возможностью свободного горизонтального перемещения посредством гибких связей, так и жесткого соединения, при этом внутри панели на лицевой плоскости листа свободного горизонтального перемещения расположен вибратор, кроме того, на тыльной плоскости листов панели, конструктивно сгруппированных по восемь штук, выполнены криволинейные канавки с противоположным направлением касательной на каждой рядом расположенной паре листов панели, при этом на первом листе пары касательная криволинейной канавки имеет направление по ходу часовой стрелки, а на втором листе данной пары панели касательная криволинейной канавки имеет направление против хода часовой стрелки.

Недостатком является энергоемкость эксплуатации, особенно при длительной эксплуатации в изменяющихся погодно-климатических условиях, когда не только тепловые потери наружных ограждений, но и электроэнергия на дежурное освещение здания влияет на эффективность эксплуатации здания.

Известна панель для дополнительной теплоизоляции стен (см. патент РФ на полезную модель №126725, МПК Е 04 В 1/80, опубл. 10.09.2013 г.), содержащая листы, образующие лицевую и тыльную плоскости панели с воздушной прослойкой между ними, причем конструктивные элементы панели выполнены из материалов, не поддерживающих горение, имеющих низкую теплопроводность и выбранных из группы «полиуретановый поропласт» для тыльной плоскости, жесткий пенополиуретан с замкнутояичеистой структурой для разграничителей, пенополистирол, древесно-волокнистые плиты, листы сухой штукатурки для лицевой плоскости, при этом каждый из разграничителей, обеспечивающих сохранение минимальной постоянной толщины воздушной прослойки, а также возможность многократного снятия и установки всей панели или только ее лицевой плоскости, выполнен в виде соединения в единую конструктивную деталь по меньшей мере четырех ячеек, имеющих в центральной части, где сходятся ребра жесткости ячеек, канал для ввода крепежной детали, предназначенной для прикрепления лицевой плоскости к разграничителю, а ребра жесткости каждого из разграничителей утоплены в массу пластичного материала, из которого формируют лист, образующий тыльную плоскость панели, до начала его затвердевания, в результате чего получается прочное соединение каждого разграничителя с тыльной плоскостью панели, выполненной с возможностью прикрепления к стене с использованием крепежных деталей, при этом листы панели конструктивно сгруппированы пакетами по восемь штук с жестким соединением между собой тыльной и лицевой плоскостями и девятым в центре, который имеет возможность горизонтального перемещения относительно стены, причем крепежная деталь выполнена в виде стержня с двухсторонним резьбовым соединением, кроме того, одним концом стержень жестко соединен с крепежным каналом в центральной части разграничителя, а другим концом соединен с лицевой плоскостью каждого листа панели как с возможностью свободного горизонтального перемещения посредством гибких связей, так и жесткого соединения, при этом внутри панели на лицевой плоскости листа свободного горизонтального перемещения расположен вибратор, кроме того, на тыльной плоскости листов панели, конструктивно сгруппированных по восемь штук, выполнены криволинейные канавки с противоположным направлением касательной на каждой рядом расположенной паре листов панели, при этом на первом листе пары касательная криволинейной канавки имеет направление по ходу часовой стрелки, а на втором листе данной пары панели касательная криволинейной канавки имеет направление против хода часовой стрелки, причем панель снабжена термоэлектрическим генератором, выполненным в виде корпуса с проходным каналом для вентиляционного воздуха и комплекта дифференциальных термопар, «горячие» концы которых укреплены внутри проходного канала для вентиляционного воздуха, а «холодные» концы расположены на внешней поверхности.

Недостатком является снижение теплоизоляционных свойств панелей при эксплуатации с наличием в атмосферном воздухе, используемым в качестве вентилируемого в воздушных проходах и перемещающегося в проходном канале корпуса термоэлектрического генератора, мелкодисперсной влаги, которая, конденсируясь на «горячих» концах, образует «пятна» жидкости на внутренней поверхности проходного канала. Конденсатная пленка жидкости, являясь проводником электричества, приводит к рассеиванию электрического потенциала, вырабатываемого термоэлектрическим генератором, и, как следствие, термоЭДС, поступающая в качестве источника напряжения на вибратор, снижается. В результате в воздушной прослойке не осуществляется пульсирующее перемещение вентилируемого воздуха со снижением теплофизических параметров панели в целом.

Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание заданных теплоизоляционных свойств панелей при наличии мелкодисперсной влаги в атмосферном воздухе, используемом в качестве вентилируемого в воздушной прослойке, за счет снижения нормируемых параметров термоЭДС из-за рассеивания по конденсатной пленке электрического потенциала «горячих» концов комплекта дифференциальных термопар, что достигается путем покрытия их диэлектриком из оксида тантала.

Технический результат достигается тем, что панель для дополнительной теплоизоляции стен содержит листы, образующие лицевую и тыльную плоскости панели с воздушной прослойкой между ними, причем конструктивные элементы панели выполнены из материалов, не поддерживающих горение, имеющих низкую теплопроводность и выбранных из группы «полиуретановый поропласт» для тыльной плоскости, жесткий пенополиуретан с замкнутояичеистой структурой для разграничителей, пенополистирол, древесно-волокнистые плиты, листы сухой штукатурки для лицевой плоскости, при этом каждый из разграничителей, обеспечивающих сохранение минимальной постоянной толщины воздушной прослойки, а также возможность многократного снятия и установки всей панели или только ее лицевой плоскости, выполнен в виде соединенных в единую конструктивную деталь по меньшей мере четырех ячеек, имеющих в центральной части, где сходятся ребра жесткости ячеек, канал для ввода крепежной детали, предназначенной для прикрепления лицевой плоскости к разграничителю, а ребра жесткости каждого из разграничителей утоплены в массу пластичного материала, из которого формируют лист, образующий тыльную плоскость панели, до начала его затвердевания, в результате чего получается прочное соединение каждого разграничителя с тыльной плоскостью панели, выполненной с возможностью прикрепления к стене с использованием крепежных деталей, при этом листы панели конструктивно сгруппированы пакетами по восемь штук с жестким соединением между собой тыльной и лицевой плоскостями и девятым в центре, который имеет возможность горизонтального перемещения относительно стены, причем крепежная деталь выполнена в виде стержня с двухсторонним резьбовым соединением, кроме того, одним концом стержень жестко соединен с крепежным каналом в центральной части разграничителя, а другим концом соединен с лицевой плоскостью каждого листа панели как с возможностью свободного горизонтального перемещения посредством гибких связей, так и жесткого соединения, при этом внутри панели на лицевой плоскости листа свободного горизонтального перемещения расположен вибратор, кроме того, на тыльной плоскости листов панели, конструктивно сгруппированных по восемь штук, выполнены криволинейные канавки с противоположным направлением касательной на каждой рядом расположенной паре листов панели, при этом на первом листе пары касательная криволинейной канавки имеет направление по ходу часовой стрелки, а на втором листе данной пары панели касательная криволинейной канавки имеет направление против хода часовой стрелки, при этом панель снабжена термоэлектрическим генератором, выполненным в виде корпуса с проходным каналом для вентиляционного воздуха и комплекта дифференциальных термопар, «горячие» концы которых укреплены внутри проходного канала для вентиляционного воздуха, а их «холодные» концы расположены на внешней поверхности, причем «горячие» концы комплекта дифференциальных термопар покрыты диэлектриком из оксида тантала и укреплены на внутренней поверхности проходного канала для вентиляционного воздуха.

На фиг.1 изображена принципиальная схема пакета из восьми листов панели для дополнительной теплоизоляции стены здания с девятым листом в центре, соединенным с вибратором, и термоэлектрическим генератором; на фиг.2 – вид А-А фиг.1; на фиг.3 – крепление центрального листа панели с вибратором; на фиг.4 – тыльная сторона листов панели, конструктивно сгруппированных по восемь штук с криволинейными канавками противоположного направления движения касательных, на фиг.5 – разрез проходного канала для вентиляционного воздуха с «горячими» концами комплекта дифференциальных термопар, покрытых диэлектриком из оксида тантала.

Конструкция для дополнительной теплоизоляции включает стену 1, панель 2 для дополнительной теплоизоляции, состоящую из лицевой 3 и тыльной 4 плоскостей, между которыми находится воздушная прослойка 5. Тыльная плоскость 4 крепится к стенке 1 известными способами, например прижатием к стене планками, через которые можно ввести в толщу стенки крепежные элементы меньшей длины, чем потребовалось бы в случае прикрепления к стенке собранной панели. Между тыльной 4 и лицевой 3 плоскостями размещены разграничители 6, предназначенные для сохранения минимального воздушного зазора постоянной величины и представляющие собой ребра жесткости 7 с крепежным каналом 8. Листы 9 конструктивно между собой соединены в комплексы, из них восемь листов жестко соединены с разграничителями 6, а лист 10 в центре имеет возможность горизонтального перемещения относительно стены 1.

Крепежная деталь 11 выполнена в виде стержня с двухсторонним резьбовым соединением, причем одним концом 12 стержень 11 жестко соединен с крепежным каналом 8 в центральной части разграничителя 6 и другим концом 13 соединен с лицевой плоскостью 3 каждого листа 10 панели 2 как с возможностью свободного горизонтального перемещения посредством гибких связей, например пружины 14 и 15, так и жесткого соединения с лицевой плоскостью 3 листа 9, при этом внутри панели 2 на лицевой плоскости 3 листа 10 свободного горизонтального перемещения расположен вибратор 16.

На тыльной плоскости 4 листов 9 панели 2, конструктивно сгруппированных по восемь штук, выполнены криволинейные канавки 17 с противоположным направлением движения касательной на каждой рядом расположенной паре 18 листов 9 панели 2. При этом на первом 19 листе 9 пары 18 панели 2 касательная криволинейной канавки 17 имеет направление по ходу 20 часовой стрелки, а на втором 21 листе 9 данной пары 18 панели 2 касательная криволинейной канавки 17 имеет направление против хода 22 часовой стрелки (см., например, стр.509, М.Я.Выгодский. Справочник по высшей математике. - М., 1965.- 872 с.).

Термоэлектрический генератор 23 выполнен в виде корпуса 24 с проходным каналом 25 для вентиляционного воздуха и комплекта дифференциальных термопар 26. «Горячие» концы 27 комплекта дифференциальных термопар 26 укреплены внутри проходного канала 25 для вентиляционного воздуха, а «холодные» концы 28 дифференциальных термопар 26 расположены на поверхности 29 корпуса 24 термоэлектрического генератора 23. Входной патрубок 30 проходного канала 25 для вентиляционного воздуха соединен с воздушной прослойкой 5, а выходной патрубок 31 соединен с окружающей средой (AT). «Горячие» концы 27 комплекта дифференциальных термопар 26 покрыты диэлектриком 32 из оксида тантала и укреплены на внутренней поверхности 33 проходного канала 25 для вентиляционного воздуха.

Теплообмен при эксплуатации панели для дополнительной теплоизоляции стен осуществляется следующим образом.

Подогретый в воздушной прослойке 5 вентиляционный воздух, перемещаясь по проходному каналу 25 корпуса 24 термоэлектрического генератора 23, охлаждается, а вследствие насыщенности его мелкодисперсной и парообразной атмосферной влагой на «горячих» концах 27 комплекта дифференциальных термопар 26 образуются мелкодисперсные и конденсирующиеся из атмосферного, используемого в качестве вентилируемого воздуха, капельки влаги. В связи с тем что «горячие» концы 27 комплекта дифференциальных термопар 26 укреплены на внутренней поверхности 33 проходного канала 24, то по мере укрупнения коагуляции капельки влаги образуют «пятна» жидкости, переходящие в конденсатную пленку, наличие которой приводит к рассеиванию электрического потенциала, вырабатываемого термоэлектрическим генератором 23. Следовательно, напряжение в виде термоЭДС, подаваемое на вибратор 16, а также на дежурное освещение, снижается. В результате при уменьшении напряжения на приводе (на фиг. не показан) вибратора 16 не осуществляется пульсирующее перемещение вентилируемого воздуха с последующим ухудшением теплозащитных свойств воздушной прослойки 5, следовательно, панель не выполняет в полной мере функцию дополнительной теплоизоляции стен.

При покрытии «горячих» концов 27 комплексом дифференциальных термопар 26 диэлектриком 32 устраняется рассеивание электрического потенциала (см., например, Химическая энциклопедия. – Т.4 – М.: Советская энциклопедия. 1995 – 496 с., ил.) и термоэлектрический генератор 23 осуществляет подачу нормированных значений напряжения как на привод вибратора 16, так и на дежурное освещение здания. Кроме того, покрытие внутренней поверхности 33 проходного канала 25 для вентиляционного воздуха, где укреплены «горячие» концы 27 комплекта дифференциальных термопар 26 оксидом тантала в виде стеклоподобной нанообразной пленки, выполняющей функцию диэлектрика 32, приводит к снижению интенсивности образования мелкодисперсной конденсирующейся влаги, что устраняет коррозионное разрушение материала проходного конца 25, так как отсутствует налипание «пятен» жидкости с их коррозионно-разрушающим действием (см., например, Литвинова В.А., Саврук Е.В. Наноразмерные пленки оксида тантала, полученные ионно-плазменным методом // Сборник трудов региональной научно-практической конференции «Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике». – Томск: ТСХИ НГАУ. – Вып. 12. – 2010. – С. 299-301).

При установке панели для дополнительной теплоизоляции стен, например, с внешней стороны здания по мере подъема вверх под действием как свободной конвекции, так и вынуждающей силы вибратора вентиляционный воздух нагревается за счет передачи тепла по толщине стены от внутреннего воздуха помещения. Причем температура внутреннего воздуха и соответственно количество передаваемого в воздушную прослойку тепла зависит от типа помещения и изменяется от 15 до 22°С в соответствии со СНиП 23-01-99 Строительная климатология. - М.: Стройиздат, 2008. При этом температура наружного воздуха, особенно в зимнее время, достигает в зависимости от климатической зоны эксплуатации здания минус 30°С и ниже. Выходящий из воздушной прослойки 5 подогретый вентиляционный воздух поступает через входной патрубок 30 в проходной канал 25 для вентиляционного воздуха и далее выбрасывается через выходной патрубок 31 в окружающую среду, т.е. атмосферу (AT).

В результате контакта подогретого вентиляционного воздуха с «горячими» концами 27 комплекта дифференциальных термопар 26, а «холодных» концов 28 с наружным воздухом, т.к. они расположены на внешней поверхности 29 корпуса 24 термоэлектрического генератора 23, на каждом элементе комплекта дифференциальных термопар 26 возникает термоЭДС до 6,96 мВ при использовании в качестве термопар, например, хромель-копеля (см., например, Иванова Г.Н. Теплотехнические измерения и приборы. - М.: Энергоиздат, 1984. 230 с.). Это позволяет получить напряжение на выходе термоэлектрического генератора 23 в пределах 12-36 В (см., например. Технические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник /Под общ. ред. В.М.Зорина. - М.: Энергоиздат, 1980. 560 с.), что вполне достаточно для дежурного освещения, например, входа в здание и/или отдельных помещений. Следовательно, использование тепла, передаваемого вентиляционному потоку в воздушной прослойке 5 в процессе теплопотерь стен, как энергетического потенциала для получения напряжения в термоэлектрическом генераторе 23 снижает энергоемкость применения панелей для дополнительной теплоизоляции зданий.

При установке панелей для дополнительной теплоизоляции внутри помещения процесс получения электрической энергии с использованием термоэлектрического генератора 23 осуществляется аналогичным образом, используя тепловой потенциал, образованный температурным перепадом воздуха внутри помещения, и воздуха, перемещающегося в воздушной прослойке 5 и охлажденного внутренней поверхностью наружных стен здания.

При наличии мелкодисперсной и парообразной влаги в атмосферном воздухе при размещении панели для дополнительной теплоизоляции с внешней стороны стены 1 здания данная влагопаровоздушная смесь под действием свободной конвенции поступает в воздушную прослойку 5, где конденсируется ее влажная составляющая и в виде пленки конденсата стекает по наружной поверхности стены 1.

В результате не только резко снижаются теплоизоляционные свойства воздушной прослойки 5 (см., например, стр.181-183, В.Н.Богословский. Строительная теплофизика. - М.: Стройиздат, 1980. 400 с., ил.), но и ухудшаются надежностные эксплуатационные параметры стены 1 за счет ее увлажнения из-за образования застойных зон неподвижного воздуха в воздушных прослойках 5, что наблюдается при ламинарном движении вентилируемого воздуха за счет свободной конвенции.

Для устранения данного явления предлагается компоновка листов 9 панели 2, например, по девять штук, причем расположенный в центре лист 10 имеет возможность горизонтального перемещения на крепежной детали в виде стержня 11 под воздействием вибратора 16 (см., например, стр. 10-27. Вибрационные машины и технологии / С.Ф.Яцун [и др.]. Изд. «Элм», 2006. 408 с.). В этом случае в воздушной прослойке 5 наблюдается пульсирующее перемещение атмосферного воздуха, находящегося между тыльной 4 и лицевой 3 плоскостями листа 10.

В результате образуются волны, поперечно перемещающиеся в воздушных полостях 5 листов 9, и возмущающий поток воздуха, перемещающийся по криволинейным канавкам 17 панели 2. Криволинейные канавки 17 на тыльной плоскости листов 9 выполнены таким образом, что воздушный пограничный слой потока атмосферного воздуха перемещается, например, на одном листе 9 пары 18 по ходу 20 часовой стрелки, а на втором 21 листе 9 данной пары 18 атмосферный воздух перемещается против хода 22 часовой стрелки.

Тогда на границе листа 9 и листа 10 образуется завихрение противоположного направления. Это приводит к микровзрывам, интенсифицирующим теплообмен атмосферного воздуха в воздушной прослойке (см., например, Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в промышленности. - М.: Машиностроение, 1979. 386 с).

Кроме того, перемещение под действием свободной конвенции по соседним воздушным прослойкам 5 листов 9, которые скомпонованы рядом с листом 10, приводит к турбулизации пограничного слоя воздуха, контактирующего с тыльной 4 плоскостью панели 2 у стены 1, то есть ликвидируются застойные воздушные зоны, а это и ускоряет образование конденсатной пленки на поверхности стены 1.

Как следствие данного теплообмена обеспечивается существенная экономия энергоресурсов, необходимых как для отопления помещений здания, покрытого панелью, скомпонованной из листов с жесткой и гибкой связями тыльной и лицевой поверхностями, так и для поддержания надежной эксплуатации строительных конструкций зданий путем устранения их увлажнения при изменяющемся погодно-климатическом воздействии.

Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в поддержании нормированных теплозащитных свойств панелей для дополнительной теплоизоляции в условиях эксплуатации здания с наличием повышенного содержания в атмосферном воздухе мелкодисперсной и конденсирующейся влаги за счет обеспечения потери заданных параметров термоЭДС термоэлектрическаго генератора, подаваемой в качестве напряжения на привод вибратора, приводящего в пульсирующий вид движение вентилируемого воздуха в воздушной прослойке, что снижает теплопотери здания в окружающую среду.