ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ТЕРМОИЗОЛЯЦИОННАЯ КОНСТРУКЦИЯ

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована для экологически чистой термоизоляции малых помещений различного назначения.
Из уровня техники известно множество устройств и систем, целью которых является обеспечение кондиционирования, термоизоляции помещения с сопутствующим снижением энергозатрат, одним из таких решений является использование геотермальной энергии в зависимости от времени года для охлаждения или отопления помещения, в частности, с использованием в качестве теплоносителя воздуха. Большинство подобных решений основаны на одном принципе, воздух с улицы или из самого помещения посредством нагнетателей подается в трубу, которая установлена в землю на глубину ниже зоны промерзания грунта, при этом выход трубы расположен внутри помещения. На воздух воздействует геотермальная энергия, в следствие чего нагретый или охлажденный воздух поступает в помещение, тем самым происходит кондиционирование помещения.
Из уровня техники известно устройство для геотермального охлаждения/отопления помещения, которое включает вентилятор, трубу, содержащую два выхода и один вход. Вход с вентилятором расположен за пределами здания, труба проходит под землей, причем один выход расположен в помещении. Другой выход также расположен в помещении, но дополнительно проходит нагрев от солнечного тепла по трубе, продолжающейся на крыше. В летнее время охлажденный воздух подается через первый выход, а в зимнее время теплый воздух дополнительно нагревается, проходя путь по трубе, проходящий в помещение через крышу. [Заявка JP №2006023043, МПК F24J 2/42, F24D 5/02, F24J 3/08, дата приоритета 09.07.2004, дата публикации 26.01.2006]
Из уровня техники известно устройство для геотермального охлаждения/отопления помещения, которое содержит спиралевидную трубу, установленную в землю, вход и выход которой расположены в помещении, при этом на вход трубы установлен вентилятор, а выход находится в открытом состоянии, после прохождения по трубе в земле охлажденный/нагретый воздух поступает в помещение через выход, что обеспечивает кондиционирование помещения. [Заявка US №20130248142, МПК F28D 15/00, F24J 3/08, дата приоритета 02.03.2012, дата публикации 26.09.2013]
В качестве прототипа была выбрана система для геотермального кондиционирования здания, которая содержит установленные в землю и связанные между собой трубы, транспортирующие воздух с улицы в здание, вентилятор, обеспечивающий эту транспортировку, слой булыжников под полом помещения, через который проходит нагретый или охлажденный воздух из труб для контроля влажности и очистки поступающего воздуха от пыли. [Патент US №6293120, МПК F24F 5/00, F24D 11/00, дата приоритета 18.10.1999, дата публикации 25.09.2001]
Недостатком вышеописанных решений является то, что из-за использования электрического оборудования для нагнетания воздуха расходуется большое количество энергии. Исключение данного оборудования не позволяет обеспечить ни кондиционирование, ни термоизоляцию помещения, а значит невозможно использование известных решений в автономном режиме, который необходим в случае, если конструкция расположена на удаленном расстоянии от источника питания, а проведение к ней электропитания не является целесообразным.
Технической задачей заявляемой полезной модели является снижение энергозатрат на термоизоляцию помещения.
Технический результат - создание конструкции, которая обеспечивает термоизоляцию помещения без применения электрического оборудования.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в следующем.
Геотермальная термоизоляционная конструкция, включает фундамент и корпус. В отличие от прототипа корпус выполнен из материала обладающего низкой теплопроводностью, причем в корпусе выполнены трубовидные отверстия, идущие от основания и соединенные в верхней части корпуса, а фундамент выполнен из насыпного материала фракцией 40-120 мм.
Корпус представляет собой конструкцию из стен и крыши, причем корпус может быть выполнен из материала, который обладает достаточно низкой теплопроводностью до 0,05 Вт/(м·°C), например, пеностекло, пенополистирол, пенополиуритан. При этом толщина стен и крыши может варьироваться в зависимости от внешней среды.
Корпус может иметь пирамидальную, кубовидную, куполовидную, арочную или любую другую форму, обеспечивающую возможность образования в корпусе трубовидных отверстий, идущих от основания к верхней части корпуса.
Укладка насыпного материала осуществляется с образованием большого количества не изолированных пор, при этом в качестве насыпного материала может быть использован щебень, гравий, всевозможные валуны. Это обеспечивает повышенную площадь взаимодействия насыпного материала с воздухом, что увеличивает скорость теплопередачи, что, в свою очередь, повышает интенсивность естественной конвекции воздуха. При этом использование насыпного материала крупной фракции обеспечивает устойчивость конструкции на фундаменте.
Насыпной материал укладывают в грунт ниже зоны промерзания в заранее подготовленные траншеи ленточного типа по всей длине основания корпуса, причем объем укладываемого материала и глубина траншеи могут варьироваться в зависимости от климатических и геологических условий местности.
Насыпной материал может дополнительно содержать защитную оболочку, отделяющую грунт от насыпного материала, для предотвращения возможного засорения не изолированных пор грунтом, выполненную из любого известного доступного материала, например, полиэтилен, рубероид, стеклоткань.
Трубовидные отверстия, выполненные в корпусе, идут от основания, которое устанавливается в грунт и попарно соединяются в верхней части корпуса. При этом трубовидные отверстия могут дополнительно содержать трубы, выполненные из твердого материала, например, пластмассы или металла, для увеличения жесткости конструкции и упрощения стыковочных узлов.
Корпус может дополнительно содержать глухие трубовидные отверстия, идущие от основания, которое устанавливается в грунт, но заглушенные в верхней части корпуса и не соединенные друг с другом.
Заявляемая полезная модель характеризуется отличительными существенными признаками, которые заключаются в том, что корпус выполнен из материала обладающего низкой теплопроводностью, причем в корпусе выполнены трубовидные отверстия, идущие от основания и соединенные в верхней части корпуса, а фундамент выполнен из насыпного материала фракцией 40-120 мм. Так как на насыпной материал воздействует геотермальная энергия воздух в зоне его расположения нагревается/охлаждается, тем самым обеспечивая естественную конвекцию воздуха по всей длине трубовидных отверстий, что обеспечивает образование термической перегородки между окружающей средой и помещением. За счет этого достигается технический результат, заключающийся в создании конструкции, которая обеспечивает термоизоляцию помещения без применения электрического оборудования.
Наличие отличительных существенных признаков свидетельствует о соответствии заявляемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Заявляемая полезная модель может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о соответствии заявляемой полезной модели критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами:
Фиг. 1 - Общий вид конструкции сверху, демонстрирующий расположение трубовидных отверстий.
Фиг. 2 - Поперечный разрез конструкции.
Фиг. 3 - Разрез торцевой стенки корпуса конструкции с трубовидными отверстиями и глухими трубовидными отверстиями
Фиг. 4 - Поперечный разрез и разрез торцевой стенки корпуса конструкции арочной формы.
Геотермальная термоизоляционная конструкция, включает корпус 1, выполненный из материала обладающего низкой теплопроводностью, насыпной материал 2 в качестве фундамента, трубовидные отверстия 3, идущие от основания и соединенные в верхней части корпуса 1. Внутри трубовидных отверстий 3 расположены пластмассовые трубы 4.
Насыпной материал 2 расположен ниже зоны промерзания 5 и содержит защитную оболочку 6 из стеклоткани.
Принцип работы заявляемой полезной модели заключается в следующем.
Насыпной материал 2 закладывается в качестве ленточного фундамента для корпуса 1 конструкции ниже зоны промерзания 5. На насыпной материал 2 устанавливается корпус 1, содержащий трубовидные отверстия 3, причем воздух в трубовидных отверстиях 3 взаимодействует с насыпным материалом 2 по всей площади насыпного материала 2.
В зимнее время нагретый насыпной материал 2 передает тепло воздуху, взаимодействующему с насыпным материалом 2 ниже зоны промерзания 4, после чего нагретый воздух поднимается вверх, замещая холодный воздух, который стремится вниз, тем самым обеспечивая естественную конвекцию воздуха.
В летнее время температура в зоне расположения насыпного материала 2 ниже, чем температура на улице, поэтому теплый воздух в трубовидных отверстиях 3 отдает свое тепло прохладному воздуху, охлажденному от насыпного материала 2. В зоне расположения насыпного материала 2 воздух постоянно охлаждается от насыпного материала 2, а воздух в трубовидных отверстиях 3 постоянно отдает тепло охлажденному воздуху.