УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ НАРУЖНЫХ СТЕН ПОМЕЩЕНИЙ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ
DEVICE FOR ADDITIONAL HEAT INSULATION OF EXTERNAL WALLS OF PREMISES IN OPERATED BUILDINGS

Изобретение относится к строительству, а именно к устройству для дополнительной теплоизоляции наружных стен помещений эксплуатируемых зданий в качестве теплоизоляционного элемента наружных ограждающих конструкций зданий и сооружений.
Известно устройство дополнительной теплоизоляции наружных стен помещений эксплуатируемых зданий (см. патент РФ №2126872, МПК E04B 1/76. Опубл. 27.02.1999), включающее воздушную прослойку, заполненную каркасом и образованную наружной стеной и облицовкой, с наружной стороны покрытой отражательным материалом в виде алюминиевой фольги, причем каркас выполнен из листовой волнообразной алюминиевой фольги, расположенной волнами горизонтально по всему объему прослойки, прикрепленной к облицовке гребнями волн.
Недостатком является невысокая теплозащитная эффективность из-за преимущественного использования в элементах устройства алюминия, обладающего высоким коэффициентом теплопроводности, равным 204 Вт/(м·град), что при низкой теплопроводности неподвижного воздуха в сумме элементов устройства приводит к существенным потерям теплоты как через листовую волнообразную алюминиевую фольгу, так и через алюминиевую фольгу, покрывающую твердый материал облицовки.
Известно устройство дополнительной теплоизоляции наружных стен помещений эксплуатируемых зданий (см. патент РФ номер 2126872, МПК E04B 1/76. Опубл. 27.02.1999), включающее воздушную прослойку, заполненную каркасом и образованную наружной стеной и облицовкой, с наружной стороны покрытой отражательным материалом в виде алюминиевой фольги, причем каркас выполнен из листовой волнообразной алюминиевой фольги, расположенной волнами горизонтально по всему объему прослойки, прикрепленной к облицовке гребнями волн по ходу движения теплового потока.
Недостатком являются потери тепла из отапливаемого здания теплопроводностью через тонкий пограничный слой, образованный у облицовки при ламинарном движении внутри воздуха помещения, создающим малое термическое сопротивление конвективными теплопотерями наружных стен.
Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат системы отопления путем уменьшения тепловых потерь через пограничный слой, образованный у облицовки за счет увеличения его термического сопротивления посредством турбулизации перемещающегося по высоте воздушной прослойки нагреваемого внутреннего воздуха помещения отопительным прибором при расположении волокон базальтового материала на алюминиевой фольге в виде зигзагообразных попарно закрепленных пучков, составляющих последовательно чередующиеся диффузоры и конфузоры. Наличие диффузоров и конфузоров приводит к пульсирующему изменению скорости перемещения нагреваемого внутреннего воздуха помещения в воздушной прослойке, способствуя турбулизации пограничного слоя на алюминиевой фольге и, соответственно, возрастанию его термического сопротивления и уменьшению потерь тепла через наружные стены.
Технический результат по снижению тепловых потерь через пограничный слой нагреваемого воздуха и образованный у облицовки, достигается тем, что устройство для дополнительной теплоизоляции наружных стен помещений эксплуатируемых зданий включает воздушную прослойку, заполненную каркасом и образованную наружной стеной и облицовкой, покрытой с наружной стороны отражательным материалом в виде алюминиевой фольги, причем каркас выполнен из листовой волнообразной алюминиевой фольги, расположенной волнами горизонтально по всему объему прослойки и прикрепленной к облицовке гребнями волн, при этом облицовка выполнена из композиционного материала, включающего твердый материал, например алюминиевую пластину, теплоизоляционное волокно из базальтового материала и алюминиевую фольгу, причем твердый материал со стороны помещения покрыт теплоизоляционным волокном, прикрепленным к алюминиевой фольге, кроме того, композиция алюминиевой фольги с высоким коэффициентом теплопроводности и волокна из базальтового материала с низким коэффициентом теплопроводности создают биматериал по ходу движения теплового потока, диффузоры и конфузоры.
На фиг.1 представлено схематическое изображение устройства для дополнительной теплоизоляции наружных стен помещений эксплуатируемых зданий, на фиг.2 - разрез по А-А устройства, на фиг.3 - разрез облицовки, выполненной в виде композиционного материала, на фиг.4 - расположение волокон базальтового волокна.
Устройство включает в себя воздушную прослойку, заполненную каркасом 1; каркас представляет собой листовую волнообразную алюминиевую фольгу. Волны фольги закреплены к облицовке 2, изготовленной из любого твердого материала. Обечайка 3 выполнена из деревянных реек или из другого материала. Между обечайкой 3 и перекрытием размещены уплотнительные полосы 4. Облицовка 2 выполнена из композиционного материала, включающего твердый материал 5, например алюминиевую пластину, теплоизоляционное волокно 6 из базальтового материала и алюминиевую фольгу 7.
Теплоизоляционное волокно 6 из базальтового материала расположено на алюминиевой фольге 7 в виде ряда пучков 8, вытянутых снизу вверх, причем каждый ряд 9 пучка 8 базальтового волокна 10 имеет вид зигзагообразный, и попарно составляют последовательно чередующиеся диффузоры 11 и конфузоры 12.
Устройство для дополнительной теплоизоляции наружных стен помещений эксплуатируемых зданий работает следующим образом.
При нагреве внутреннего воздуха отопительным прибором воздушный поток, контактируемый с алюминиевой фольгой 7, поднимается снизу (от пола помещения) вверх, перемещается между пучками 8 теплоизоляционного волокна 6 из базальтового материала, расположенными таким образом, что обеспечивается равномерная эпюра скоростей воздушного потока нагреваемого внутреннего воздуха у наружных стен, поддерживающийся за счет «живого» сечения входных отверстий диффузоров 11 и конфузоров 12. Нагретый поток с оптимальной эпюрой скоростей, обеспечивающий рациональный контакт воздуха зигзагообразными рядами 9 пучков 8, проходит последовательно участки диффузоров 11 (происходит увеличение давления и уменьшение скорости, движущегося потока воздуха, см., например, стр.180. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М., 1980-469 с., ил.) и конфузоров 12 (происходит уменьшение давления и увеличение скорости, движущегося потока воздуха, см. там же), непрерывно меняет свою скорость, что приводит к турбулизации потока и, соответственно, возрастанию толщины пограничного слоя на алюминиевой фольге 7 (см., например, Бакластов A.M. и др. Промышленные тепломассообменные процессы и установки. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 328 стр.). Следовательно, наблюдается увеличение термического сопротивления пограничного слоя внутреннего воздуха помещения в воздушной прослойке и сокращаются тепловые потери через наружные стены и, соответственно, энергозатраты системы отопления.
Тепловой поток (см. фиг.3) из помещения, особенно при размещении у наружной стены источника тепла в виде отопительного нагревательного прибора, контактирует с алюминиевой фольгой 7, которая частично отражает лучистое тепло и, нагреваясь, посредством теплопроводности передает тепло теплоизолирующему волокну 6 из базальтового материала ((λ=0,0037 Вт/(м·град) см., например, ТУ 5769-002-134-325-86-004, г. Курск 2002 г.). В результате наблюдается уменьшение потока теплоты до минимальной величины, остаточное значение которой теплопроводностью через твердый материал в виде алюминиевой пластины 5 передается конвекцией неподвижным слоям воздуха, имеющим малое значение коэффициента теплопроводности ((λ=0,0026 Вт/(м·град) см., например, там же) и находящимся в виде замкнутых воздушных прослоек, образованных волнообразной алюминиевой фольгой, обладающей значительным коэффициентом теплопроводности (λ=204 Вт/(м·град), что в соответствии с прототипом в конечном итоге снижает теплоизоляционное свойство неподвижных слоев воздуха. Однако использование в заявленном техническом решении теплоизоляционного волокна 6 до поступления теплового потока к каркасу 1 практически устраняет этот недостаток путем снижения до минимального значения величины теплового потока перед контактом его с неподвижными слоями воздуха, которые в заключительной стадии и устраняют теплопотери наружных стен.
Жесткое соединение волокна 6, имеющего низкое значение коэффициента теплопроводности, с алюминиевой фольгой 7, имеющей высокое значение коэффициента теплопроводности, посредством клея приводит к образованию конструкции из биматериала, которая при прохождении теплового потока создает на поверхности алюминиевой фольги 7 микротермовибрации (см., например, Дмитриев В.П. Биметаллы. Пермь. 1990 г. - 368 с. ил.). В результате твердые частицы пыли, преимущественно находящиеся в воздушном объеме между облицовкой 2 и отопительным нагревательным прибором, будут непрерывно стряхиваться на пол. Это не только поддерживает постоянство теплоизоляционного действия (отсутствие загрязнений на поверхности алюминиевой фольги обеспечивает ее максимальную отражающую способность) алюминиевой фольги 7 при противодействии передачи тепла тепловым излучением от отопительного нагревательного прибора, т.е. теплопотерям через наружные стены, но и обеспечивается экологическая чистота как устройства для дополнительной теплоизоляции, так и внутри помещения в целом.
Оригинальность предлагаемого технического решения по снижению тепловых потерь наружными стенами отапливаемых помещений обеспечивается увеличением термического сопротивления конвективно на воздушной прослойке, путем турбулизации пограничного слоя внутреннего воздуха за счет расположения на алюминиевой фольге теплоизоляционного волокна из базальтового материала в виде ряда зигзагообразных пучков, вытянутых снизу вверх и попарно составляющих последовательно чередующихся диффузоров и конфузоров.