Звукоизолирующее окно
SOUND-INSULATING WINDOW

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкции звукоизолирующего окна, используемого в различных зданиях и сооружениях.
Известно звукоизолирующее окно (см. патент РФ №2233959 МПК Е06В 3/66, 2004г.) включающее коробку, внешний и внутренний переплеты, стекло, установленное посредством упругих прокладок на внешнем переплете, стеклопакет, заполненный прозрачной жидкостью и установленный посредством упругих прокладок на внутреннем переплете, звукоизолирующий материал, расположенный на внешней поверхности коробки окна, а на внутренней поверхности коробки с верхней части и прилегающих  к ней поверхностях внешнего и внутреннего переплетов выполнены поперечные винтообразные канавки в виде «ласточкиного хвоста», при этом кривизна поперечных винтообразных канавок на внутренней поверхности в верхней части коробки имеет положительное направление движения образующей, а кривизна поперечных винтообразных канавок на прилегающих к коробке внешнего и внутреннего переплетов имеет отрицательное направление движения образующей.
Недостатком данного технического решения является потеря теплоты из-за накопления в полостях винтообразных канавок с профилем в виде «ласточкиного хвоста» мелкодисперсной  влаги от сконденсировавшихся водяных паров из атмосферного воздуха, а также и части мелкодисперсной влаги, находящейся в атмосферном воздухе между стеклом и стеклопакетом, особенно при изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации конструкции в периоды дождей, снегопада и тумана.
Известно звукоизолирующее окно (см. патент на полезную модель №85536 МПК Е06В 3/66, опубл. 10.08.2009г.) включающее коробку, внешний и внутренний переплеты, стекло, установленное посредством упругих прокладок на внешнем переплете, стеклопакет, заполненный прозрачной жидкостью и установленный посредством других прокладок на внутреннем переплете, звукоизолирующий материал, расположенный на внутренней поверхности коробки окна, а на внутренней поверхности коробки в верхней части и прилегающих к ней поверхностях внешнего и внутреннего переплетов выполнены поперечные винтообразные канавки с профилем в виде «ласточкин хвост», при этом кривизна поперечных винтообразных канавок на внутренней поверхности в верхней части коробки имеет положительное направление движения образующей, а кривизна поперечных винтообразных канавок на прилегающих к коробке внешнем и внутреннем переплетах имеет отрицательное направление движения образующей, причем  внутренняя поверхность винтообразных канавок в виде «ласточкин хвост» покрыта пленкой из биметалла, при этом значение коэффициента теплопроводности материала биметалла со стороны коробки, внешнего и внутреннего переплетов в 2,0-2,5 раза превышает значение коэффициента теплопроводности материала биметалла со стороны слоев воздуха.
Недостатком является тепломассообменный  дискомфорт внутри помещения зданий и сооружений из-за “перетока” теплового потока через упругие прокладки на внешнем переплете для установки стекла как при выходе тепла из помещения по контору остекления с наличием отрицательных температур наружного воздуха, так и при поступления в помещение дополнительного тепла из окружающей среды с наличием высоких температур наружного воздуха.
Технической задачей является поддержание нормированного температурного режима внутри помещений здания и/или сооружения в изменяющихся погодно-климатических условиях воздействия окружающей среды, что достигается устранением «перетока» тепла на внешнем переплете коробки окна через упругие прокладки для установки стекла, путем соединения их на микро уровне с тонковолокнистым базальтовым материалом, обладающим наряду с теплоизолирующими свойствами и теплоаккумулирующей способностью, при выполнении в виде витых пучков продольно вытянутых по контуру остекления.
Технический результат по обеспечению комфортных условий внутри здания или сооружения с сохранением звукоизолирующих параметров окна достигается тем, что звукоизолирующее окно включает коробку, внешний и внутренний переплеты, стекло, установленное посредством упругих прокладок на внешнем переплете, стеклопакет, заполненный прозрачной жидкостью и установленный посредством других прокладок на внутреннем переплете, звукоизолирующий материал, расположенный на внутренней поверхности коробки окна, а на внутренней поверхности коробки в верхней части и прилегающих к ней поверхностях внешнего и внутреннего переплетов выполнены поперечные винтообразные канавки с профилем в виде «ласточкин хвост», при этом кривизна поперечных винтообразных канавок на внутренней поверхности в верхней части коробки имеет положительное направление движения образующей, а кривизна поперечных винтообразных канавок на прилегающих к коробке внешнем и внутреннем переплетах имеет отрицательное направление движения образующей, причем  внутренняя поверхность винтообразных канавок в виде «ласточкин хвост» покрыта пленкой из биметалла, при этом значение коэффициента теплопроводности материала биметалла со стороны коробки, внешнего и внутреннего переплетов в 2,0-2,5 раза превышает значение коэффициента теплопроводности материала биметалла со стороны слоев воздуха, кроме того упругие прокладки на внешнем переплете для установки стекла, соединены на микро уровне с тонковолокнистым базальтовым материалом, выполненным в виде витых пучков, продольно вытянутых по контору остекления.
На фиг.1 изображено звукоизолирующее окно, общий вид; на фиг.2 – выполнение винтообразных канавок, кривизна которых имеет положительное и отрицательное направление движения образующей; на фиг.3 – профиль винтообразных канавок в виде «ласточкиного хвоста», внутренняя поверхность которого покрыта пленкой из биметалла; на фиг.4 – вид А-А по фиг.1.
Звукоизолирующее окно включает коробку 1, внешний 2 и внутренний 3 переплеты, стекло 4, установленное посредством упругих прокладок на внешнем переплете 2 и стеклопакет 5, заполненный прозрачной жидкостью и размещенный посредством упругих прокладок на внутреннем переплете 3. На внутренней поверхности коробки 1 в верхней части окна выполнены поперечные винтообразные канавки 6 с профилем в виде «ласточкиного хвоста» 10 и имеющие отрицательное направление движения образующей, а на поверхности внутреннего 3 и внешнего 2 переплетов выполнены винтообразные канавки 7 и 8 с профилем в виде «ласточкиного хвоста» и имеющие положительное направление движения образующей. Внутренняя поверхность 9 винтообразных канавок 6, 7, 8 с профилем в виде «ласточкиного хвоста» 10, покрыта пленкой 11 из биметалла, при этом значение коэффициента теплопроводности материала 12 биметалла со стороны коробки 1 внешнего 2  и внутреннего 3 переплетов в 2,0 – 2,5 раза превышает значение коэффициента теплопроводности материала 13 биметалла со стороны слоев воздуха. Упругие прокладки 14 на внешнем переплете 2 коробки 1 для установки стекла 4, соединены на микро уровне с  тонковолокнистым базальтовым материалом 15, выполненным в виде витых пучков 16, продольно вытянутых по контору остекления.
Поддержание нормированного температурного режима внутри помещения осуществляется следующим образом.
Наличие отрицательных температур наружного воздуха приводит к перемещению теплового потока из здания или сооружения, при его отоплении к окну и по контору остекления через упругие прокладки – на внешнем переплёте – для установки стекла в сторону отрицательных температур наружного воздуха. Следовательно наблюдаются тепловые потери – отток тепла в окружающую среду и нормированные температурные параметры внутри помещения снижаются, создавая дискомфортные условия для людей и/или оборудования.
Использования соединения на микро уровне упругих прокладок 14 на внешнем переплете 2 для установки стекла 4, тонковолокнистого базальтового материала 15, выполненного в виде витых пучков 16 продольно вытянутых по контуру остекления не только обеспечивает теплоизоляцию и, соответственно устраняет тепловые потери в окружающую среду, но и обеспечивает аккумулирование тепла поступающего с тепловым потоком, движущимся из внутреннего объема помещения к остеклению (см., например, Волокнистые материалы из базальтов Украины. Киев, изд. Техника, 1971г. -172 с., ил.)
С аккумулированное в соединении на микро уровне упругих прокладок 14 на внешнем переплете 2 для установки стекла и витых пучков 15 тонковолокнистого базальтового материала 15, теплота возвращается к внутреннему воздуху помещения при снижении температурного режима отопления здания и сооружения, например, в ночное время.
Наличие высоких положительных температур наружного воздуха, а так же повышенной солнечной радиации, например, в летнее время года, способствует поступлению дополнительного теплового потока во внутрь здания и сооружения с изменением нормированного температурного режима в помещении, т.е. созданию дискомфортных условий.
Соединение упругих прокладок 14, расположенных на внешнем переплете 2 для установки стекла 4 на микро уровне с тонковолокнистым базальтовым волокнам 15 в виде витых пучков 16 продольно вытянутых по контору остекления, также в теплое время года, обеспечивает теплоизоляцию помещения и аккумулирование тепла для поддержания нормированного температурного режима внутри здания и сооружения. Это наблюдается как при поступления теплового потока из окружающей среды, так и при наличии кратковременного снижения температуры наружного воздуха из-за погодно-климатических воздействий, путем отдачи с аккумулированного тепла внутреннему воздуху помещения.
Звукоизолирующее окно работает следующим образом. После заполнения стеклопакета 5 прозрачной и незамерзающей жидкостью и закрытия обеих створок переплетов с упругими прокладками окно становится звукоизолирующим. Звуковая волна, поступающая от внешнего источника, проникая через стекло 4, частично снижается стеклом, частично отражается от стеклопакета 5. Масса воздуха, находящаяся в полости между стеклом 4 и стеклопакетом 5, в результате воздействия теплового потока, направленного с внешней и внутренней стороны звукоизолирующего окна, изменяет плотность по высоте полости, что приводит к перемещению слоев воздуха.
Атмосферный воздух всегда насыщен парообразной влагой (определяется преимущественно относительной влажностью, изменяющейся от 0 до 100%), а при наличии дождя, тумана или метели в атмосферном воздухе находится как мелкодисперсная влага, так и влага в твердом состоянии в виде снега или инея. При перемещении слоев воздуха, насыщенных влагой, в изменяющихся погодно-климатических условиях, в воздушной прослойке между стыком и стеклопакетом они контактируют с внутренней поверхностью короба 1, внешнего 2 и внутреннего 3 переплетов. В результате наблюдается появление на данных поверхностях влаги, сконденсировавшейся из атмосферного воздуха в виде капель и пленки, которая собирается в полостях винтообразных канавок 6, 7, 8.
Известно, что теплопроводность жидкости на порядок выше, чем теплопроводность паро-газовой среды (см., например, Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача, М:, 1980. - 469 с.). Соответственно практически во столько же раз возрастают и потери теплоты через элементы звукоизолирующего окна, на которых скапливается жидкость, сконденсировавшаяся из атмосферного воздуха.
Покрытие внутренней поверхности полости винтообразных канавок 6, 7, 8, имеющих профиль в виде «ласточкиного хвоста» пленкой из биметалла приводит к следующему. Масса воздуха, находящегося в полости между стеклом 4 и стеклопакетом 5 в результате воздействия теплового потока, направленного с внешней и внутренней стороны звукоизолирующего окна прогреется быстрее, чем материал коробки 1, внешнего 2 и внутреннего 3 переплетов. Тогда тепловой поток, проходящий через материал 13 пленки из биметалла 11, состоящего из двух слоев различных материалов 12, 13, имеющий коэффициент теплопроводности превышающий по значению коэффициент теплопроводности материла 12 пленки из биметалла 11 в 2,0-2,5 раза, интенсивно прогревает его, а тепловой поток, проходящий через материал 12 пленки из биметалла 11 прогревает его со значительно меньшей интенсивностью. В результате полученных градиентов температур, отличающихся в 2,0-2,5 раза образуется термовибрация пленки из биметалла 11 (см., например, Дмитриев А.М. и др. Биметаллы. - Пермь, - 1996. - 235 с.) и масса жидкости (каплеобразная и пленочная влага) не задерживается в полостях винтообразных канавок 6, 7, 8, а стекает в нижнюю часть звукоизолирующего окна, откуда удаляется вручную или автоматически (на фиг. не показано). В этом случае устраняется условие образования дополнительных потерь теплоты через звукоизолирующее окно.
Наибольший прогрев воздуха в верхней части окна приводит к уменьшению его плотности, соответственно увеличивает скорость движения потока в воздушной прослойке между стеклом и стеклопакетом. Слои воздуха, прогреваемые со стороны стекла 4, контактируя в верхней части окна с внутренней поверхностью внешнего 2 переплета перемещаются по поперечным канавкам 8 с профилем в виде «ласточкиного хвоста» и имеют положительное направление движения образующей. В результате данные слои воздуха начинают вращаться в направлении против часовой стрелки и образуют вихревые шнуры в зоне каждой винтообразной канавки с положительным направлением вокруг своей микрооси. Одновременно слои воздуха перемещаются по поперечным винтообразным канавкам 7 внутреннего переплета 3, имеющим направление движения против часовой стрелки, и образуют вихревые шнуры в зоне каждой винтообразной канавки с положительным направлением вокруг своей микрооси. Прогретые слои воздуха, контактирующие в верхней части окна с коробкой 1, перемещаются по поперечным канавкам 6 с профилем в виде «ласточкиного хвоста» с направлением движения по часовой стрелке. Данное перемещение слоев воздуха приводит к образованию вихревых шнуров с отрицательным направлением вокруг своей оси.
Противоположное вращательное движение вихревых шнуров (положительное и отрицательное) в местах стыка (соединения коробки 1 и боковых поверхностей 2 и 3 переплетов) приводит к образованию «стоячих волн», имеющих встречное направление звуковой волне, поступающей из внешней среды через стекло 4 к стеклопакету 5.
Выполнение профилей в виде «ласточкиного хвоста» приводит к тому, что поступление прогретого воздуха в полость винтообразной канавки осуществляется широкой струей с одновременным выходом через узкую щель, что приводит к образованию в объеме воздушной прослойки между стеклом 4 и стеклопакетом 5 плоскообразных шнуров. В результате, во всем объеме воздушной прослойки образуются «стоячие волны», имеющие встречное направление ветровому воздействию, что, как известно, способствует поддержанию постоянства теплоизолирующих свойств конструкции в изменяющихся погодно-климатических условиях пульсирующего ветрового воздействия.
Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что соединение на микро уровне материала упругих прокладок на внешнем переплете коробки окна с  тонковолокнистым базальтовым материалом выполненным в виде витых пучков продольно вытянутых по контору остекления, обеспечивает поддержание нормированного температурного режима внутри помещения в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации зданий и сооружений.