ПАНЕЛЬ ДЛЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ СТЕН

Полезная модель 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 №2235834 МПК Е04В 1/80 опубл. 10.09.2004 г.), содержащая листы, образующие лицевую и тыльную плоскости панели, с воздушной прослойкой между ними, при этом конструктивные элементы панели выполнены из материалов, не поддерживающих горения и имеющих низкую теплопроводность, выбранных из группы полиуретановый поропласт для тыльной плоскости, жесткий пенополиуретан с замкнутоячеистой структурой для разграничителей, пенополистирол, древесноволокнистые плиты, листы сухой штукатурки для лицевой плоскости, 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 получают прочное соединение каждого разграничителя с тыльной плоскостью панели, выполненной с возможностью прикрепления к стене с использованием крепежных деталей.
Недостатком является образование капельной и пленочной конденсации как внутри панели, так и на поверхности стены в местах крепления тыльной поверхности панели, что приводит к изменению температурного режима внутри панели со снижением ее теплоизолирующих свойств и интенсифицирует ухудшение эксплуатационных прочностных параметров стены здания, что обусловлено ламинарным, то есть спокойным, перемещением воздушной прослойки с низкими теплообменными параметрами.
Известна панель для дополнительной теплоизоляции стен (см. патент РФ №2464390 МПК Е04В 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, древесноволокнистые 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.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является снижение энергозатрат при длительной эксплуатации панелей путем исключения использования электрической энергии из электросетей для дежурного освещения путем использования теплового потенциала вентиляционного воздуха между панелью и стеной посредством выработки необходимого напряжения термоэлектрическим генератором.
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 замкнутоячеистой структурой - для разграничителей, пенополистирол, древесноволокнистые 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. 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 поверхностями 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 центральное 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 их «холодные» концы расположены на внешней поверхности корпуса термоэлектрического генератора.
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.
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 соединенных 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 плоскость 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).
Теплообмен при эксплуатации панели для дополнительной теплоизоляции стен осуществляется следующим образом.
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 23-01-29 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 термо ЭДС до 6,96 мВ при использовании в качестве термопар, например, хромель-никеля (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 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 конденсирует 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 ухудшает 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. Выполнение криволинейных канавок 17 на тыльной плоскости листов 9 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!, 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 предлагаемой полезной модели заключается в снижении энергоемкости применения панелей для дополнительной теплоизоляции путем использования теплового потенциала вентиляционного воздуха, перемещающегося снизу вверх вдоль стен и подогреваемого теплом, которое ранее уходило окружающую среду.