Теплозащитный элемент

Полезная модель относится к строительной промышленности и предназначена для защиты грунтовых оснований автомобильных дорог в криолитозоне, а также может быть использована при строительстве других линейных и точечных объектов криолитозоны различного назначения, в том числе возводимых на предварительно замороженных дисперсных грунтах или породах. Теплозащитный элемент может быть использован для защиты грунтовых оснований при оттаивании мерзлых дисперсных пород, прочностные характеристики которых существенно изменяются при оттаивании и промерзании.
Известен теплозащитный элемент (Методические рекомендации по проектированию и устройству теплоизоляционных слоев дорожной одежды из пенополистирольных плит «Пеноплекс». М.: Минтранс РФ, 2000, с. 25, 26), выполненный из пенопласта марки «Пеноплекс» и состоящий только из теплоизоляционного слоя. Данный теплозащитный элемент используется в дорожных одеждах для снижения или предотвращения глубины оттаивания (промерзания) грунтов (пород) дорожного основания. Недостатком данного изобретения является постоянное термическое сопротивление теплозащитного элемента, как в теплый, так и холодный периоды года. С одной стороны, теплозащитный элемент выполняет полезную функцию - снижает глубину оттаивания грунтовых (породных) оснований в теплый период года. Но, с другой стороны, несет отрицательную функцию, поскольку препятствует охлаждению грунтовых оснований в зимний период. А, поскольку, в криолитозоне длительность холодного периода больше, чем теплого, то и комплексная эффективность подобного вида тепловой защиты грунтовых (породных) оснований снижается.
Известен комбинированный теплозащитный элемент для снижения глубины оттаивания (промерзания) грунтов (патент РФ №2241798 опубликован 10.12.2004) (прототип), включающий двухслойную конструкцию из материалов, коэффициенты теплопроводности и значения объемной влажности которых определены соотношениями, а толщины слоев соответствуют условию минимальной суммарной толщины двухслойного экрана и определяются приведенными зависимостями.
Недостатком данного изобретения является разделение теплоаккумулирующего и теплоизоляционного слоев и выполнение теплоаккумулирующего слоя в виде насыщенного водой торфяника, изменяющего свой объем при промерзании-оттаивании, и низкие прочностные характеристики теплоаккумулирующего слоя, что делает практически невозможным использования данного теплозащитного элемента в конструкциях дорожных одежд.
Техническим результатом использования полезной модели является повышение надежности тепловой защиты грунтовых (породных) оснований за счет изменения термического сопротивления теплозащитного элемента в течение годового цикла без изменения объема теплоаккумулирующего слоя и снижения его прочностных характеристик.
Технический результат достигается тем, что в известном техническом решении, включающем теплоизоляционный и теплоаккумулирующий элементы, теплоаккумулирующий элемент расположен внутри теплоизоляционного элемента и выполнен в виде ряда герметичных труб, каждая из которых заполнена водой на величину не более 0,9 объема.
Устройство теплозащитного элемента поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан элемент теплоизоляционного слоя, фиг. 2 - элемент теплоизоляционного слоя с трубами, заполненными водой, фиг. 3 - общий вид теплозащитного элемента. Где цифрами, соответственно, обозначены: 1 - теплоизоляционный элемент с выемкой - 2 для труб, 3 - (теплоаккумулирующий элемент), которые не более чем на 0,9 объема заполнены водой - 4, с оставлением воздушного промежутка - 5.
Полезная модель реализуется следующим образом. Создают из теплоизоляционного материала, например «Пеноплекса», два теплоизоляционных элемента 1, с выемками для размещения пластиковых или металлических труб 2, в один из которых укладывают герметично закрытые трубы 3, заполненные не более чем на 0,9 объема водой 4 с оставлением воздушного промежутка 5.
Затем на элемент с трубами сверху размещают второй теплоизоляционный элемент с выемками для труб, соединяют их между собой, например, клеем, или стяжками, создавая единую конструкцию теплозащитного элемента. Геометрические размеры теплозащитного элемента и диаметры труб определяют для каждой конкретной технологической задачи. Например, исходя из требований к конструкции дорожного полотна по термическому сопротивлению и несущей способности. Теплозащитный элемент работает следующим образом. По допустимой глубине оттаивания основания дорожного полотна определяем необходимое термическое сопротивление теплозащитного дорожного элемента в теплый период года. Этот расчет является основание для выбора конструктивных параметров теплоизоляционных и теплоаккумулирующих слоев теплозащитного элемента. Термическое сопротивление теплозащитного элемента в теплый период года складывается из термического сопротивления слоя воды, слоя воздуха и теплоизоляционного слоя. В зимний период, поскольку при замерзании лед в объеме увеличивается на 10% по сравнению с водой, трубы полностью заполняются льдом и термическое сопротивление теплозащитного элемента складывается из термического сопротивления слоя льда и термического сопротивления теплоизоляционного слоя. Поскольку термическое сопротивление теплоизоляционного слоя постоянно в течение года, то сезонное изменение общего термического сопротивления будет определяться изменением термического сопротивления теплоаккумулирующего слоя. Коэффициент теплопроводности льда в 4 раза больше, чем у воды. Очевидно, что термическое сопротивление собственно теплоаккумулирующего элемента в зимний период будет как минимум в 4 раза меньше, чем в летний период. Выполненные оценочные расчеты показывают, что суммарное термическое сопротивление теплозащитного элемента (теплоаккумулирующего и теплоизоляционного элементов) в зимний период, в среднем, в 1,2-1,5 раза меньше, чем в летний период. Причем отношение существенно зависит от толщины теплоизоляционного слоя: чем он меньше, тем больше эффективность всего теплозащитного элемента.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками ближайших аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков полезной модели обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, изменение термического сопротивления теплозащитного элемента в течение годового цикла для обеспечения эффективного охлаждения грунтовых (породных) оснований в зимний период.