НАРУЖНАЯ МНОГОСЛОЙНАЯ МОНОЛИТНАЯ СТЕНА МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ

НАРУЖНАЯ МНОГОСЛОЙНАЯ МОНОЛИТНАЯ СТЕНА МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ
Полезная модель относится к строительству и может быть использовано при возведении наружных многослойных стен монолитных многоэтажных зданий.
Известна наружная многослойная монолитная стена многоэтажного здания (см. патент РФ №2466244, МПК Е04В 2/84, опубл. 10.11.2012, №31), содержащая монолитные бетонные слои, теплоизоляционный слой с воздушными отверстиями и разделенный плоским разъемом, соединяющие бетонные слои связи, расположенные в отверстиях, причем отверстия для расположения связей выполнены в виде вертикальных воздушных каналов, при этом связи расположены попарно на расстоянии друг от друга, равном толщине вертикального воздушного канала, и каждая из связей состоит из не менее четырех последовательно соединенных элементов, причем пространственное размещение соответствующих элементов в каждой из попарно расположенных связей соответственно выполнено в виде суживающейся и расширяющейся фигуры, причем на внутренней поверхности теплоизоляционного слоя со стороны воздушного отверстия выполнены криволинейные канавки, кроме того, на одной части изоляционного слоя, разделенного плоским разъемом, касательная криволинейных канавок имеет направление по ходу движения часовой стрелки, а на второй части теплоизоляционного слоя касательная криволинейных канавок имеет направление против хода движения часовой стрелки.
Недостатком является снижение эксплуатационной надежности связей из-за пульсирующего воздействия давления в воздушной упругой среде теплоизоляционного слоя по длине элементов связей, особенно при отрицательных температурах наружного воздуха, когда плотность его возрастает и соответственно увеличиваются деформационные нагрузки при различии вертикального смещения монолитных бетонных слоев как со стороны внутреннего - теплого, воздуха многоэтажного здания, так и со стороны наружного - холодного, воздуха окружающей среды.
Известна наружная многослойная монолитная стена многоэтажного здания (см., патент РФ №2542003, МПК Е04В 2/84, опубл. 20.02.2015. Бюл. №5), содержащая монолитные бетонные слои, теплоизоляционный слой с воздушными отверстиями и разделенный плоским разъемом, соединяющие бетонные слои связи, расположенные в отверстиях, причем отверстия для расположения связей выполнены в виде вертикальных воздушных каналов, при этом связи расположены попарно на расстоянии друг от друга, равном толщине вертикального воздушного канала, и каждая из связей состоит из не менее четырех последовательно соединенных элементов, причем пространственное размещение соответствующих элементов в каждой из попарно расположенных связей соответственно выполнено в виде суживающейся и расширяющейся фигуры, причем на внутренней поверхности теплоизоляционного слоя со стороны воздушного отверстия выполнены криволинейные канавки, кроме того, на одной части изоляционного слоя, разделенного плоским разъемом, касательная криволинейных канавок имеет направление по ходу движения часовой стрелки, а на второй части теплоизоляционного слоя касательная криволинейных канавок имеет направление против хода движения часовой стрелки, при этом связи, соединяющие бетонные слои выполнены из биметалла, причем материал биметалла со стороны внутреннего воздуха многоэтажного здания имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала биметалла со стороны наружного воздуха.
Недостатком является снижение теплозащитных свойств при длительной эксплуатации, особенно в условиях наличия высокой концентрации твердых частиц пыли и мелкодисперсной каплеобразной влаги в атмосферном воздухе, поступающем в теплоизоляционный слой с воздушными отверстиями, когда загрязнения налипают на внутренние поверхности криволинейных канавок, коагулируют там и укрупняясь забивают полости, что, практически, приводит к невозможности образования вращательного движения потока воздуха. В результате, отсутствуют условия появления микровзрывов, с последующим не поддержанием заданной теплоизоляционной способности воздуха в отверстиях теплоизоляционного слоя.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение заданных параметров теплоизоляционного слоя с воздушными отверстиями в условиях эксплуатации с повышенной концентрацией твердых и каплеобразных загрязнений в атмосферном воздухе. Это достигается путем предотвращения налипания частиц на внутренние поверхности криволинейных канавок и выполнения их полостей в виде «ласточкина хвоста» для поддержания эффективной закрутки воздушного потока при выбросе воздуха с образованием микрозавихрений вследствие покрытия полостей наноразмерной стекловидной пленкой из оксида тантала.
Технический результат по поддержанию заданных параметров теплоизоляционного слоя с отверстиями в условиях эксплуатации с повышенной концентрацией загрязнений в виде твердых частиц пыли и каплеобразной влаги достигается тем, что наружная многослойная монолитная стена многоэтажного здания, содержащая монолитные бетонные слои, теплоизоляционный слой с воздушными отверстиями и разделенный плоским разъемом, соединяющие бетонные слои связи, расположенные в отверстиях, причем отверстия для расположения связей выполнены в виде вертикальных воздушных каналов, при этом связи расположены попарно на расстоянии друг от друга, равном толщине вертикального воздушного канала, и каждая из связей состоит из не менее четырех последовательно соединенных элементов, причем пространственное размещение соответствующих элементов в каждой из попарно расположенных связей соответственно выполнено в виде суживающейся и расширяющейся фигуры, причем на внутренней поверхности теплоизоляционного слоя со стороны воздушного отверстия выполнены криволинейные канавки, кроме того, на одной части изоляционного слоя, разделенного плоским разъемом, касательная криволинейных канавок имеет направление по ходу движения часовой стрелки, а на второй части теплоизоляционного слоя касательная криволинейных канавок имеет направление против хода движения часовой стрелки, при этом связи, соединяющие бетонные слои выполнены из биметалла, причем материал биметалла со стороны внутреннего воздуха многоэтажного здания имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала биметалла со стороны наружного воздуха, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность полостей криволинейных канавок покрыта наноразмерной стекловидной пленкой из оксида тантала.
На фиг. 1 изображена наружная монолитная трехслойная стена с заглушками, расположенными в теле теплоизоляционного слоя; на фиг. 2 - план расположения гибких связей в вертикальном канале; на фиг. 3-внутренняя поверхность теплоизоляционного слоя с криволинейными канавками, внутренняя поверхность которых покрыта наноразмерной стекловидной пленкой из оксида тантала; на фиг. 4 - разрез элемента связи из биметалла.
Наружная многослойная монолитная стена состоит из двух бетонных слоев 1 и 2 с расположенным между ними теплоизоляционным слоем 3, выполненным из плитного утеплителя, например пенополистерола, разделенным по всей высоте вертикальным плоским разъемом 4. В теплоизоляционном слое образованы отверстия 5, сквозь которые пропущены гибкие связи 6, 7, прикрепленные своими концами к арматуре 8 бетонных слоев. Связи закрепляются в отверстиях при помощи фиксаторов-заглушек 9, располагаемых непосредственно в толще теплоизоляционного слоя, но по разные стороны от вертикального разъема 4.
Гибкие связи 6 и 7 выполнены из биметалла, причем материал 10 со стороны внутреннего воздуха многоэтажного здания, например, из алюминия имеет коэффициент теплопроводности 204 Вт/(м·град), а материал 11 биметалла со стороны внешнего воздуха окружающей среды, например, из латуни имеет коэффициент теплопроводности 85 Вт/(м·град), т.е. соотношение коэффициентов теплопроводности материалов 10 и 11 находится в пределах от 2,0 до 2,5 (см., например, Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М, 1980. - 469 с, ил.).
При различных температурных градиентах (gradt1 и gradt2), воздействующих на биметалл гибких связей 6 и 7, наблюдается постоянно действующая термовибрация элементов по всей длине связи (см., например, Дмитриев А.Н. Биметаллы. Пермь, 1991. - 416 с, ил.). В результате сложения встречно направленных вибрационных колебаний, обусловленных пульсирующим воздействием измененного движения воздушного потока в геометрических фигурах сжатия и расширения, созданных из элементов гибких связей 6 и 7, и термовибрации при выполнении этих связей из биметалла наблюдается максимализация (резонанс) амплитуды вибрационных колебаний, практически угрожающих разрушением гибких связей 6 и 7.
Воздух, находящийся в отверстиях 5, контактирует с внутренними поверхностями как теплоизоляционного слоя 3, так и монолитных бетонных слоев 1 и 2, при этом особенно при отрицательных температурах наружного воздуха процесс охлаждения со стороны наружного воздуха по монолитным бетонным слоям 1 и 2 идет более интенсивно, т.е. слой 2 быстро охлаждается и градиент температуры (gradt1) перемещается к внутренней поверхности контакта с воздухом в отверстиях 5, осуществляющих энергичный отбор тепла в пограничном слое. При одновременном прогреве монолитных бетонных слоев 1 и 2 со стороны внутреннего воздуха процесс нагрева идет менее интенсивно и градиент температур (gradt2) переменно (см., например, стр. 90-92. Исаченко В.П. и др. Теплопередача. М.: Энергоиздат. - 416 с, ил.), практически незначительно смещается к внутренней поверхности отверстия 5, т.е. прогревается слой 1 и лишь частично нагревается слой 2. Осуществляется подвод теплоты в пограничный слой контактируемого воздуха, в результате в воздушной прослойке теплофизические параметры воздуха по периметру отверстия 5 в пограничных слоях при ламинарном движении имеют отличительные значения по теплозащитным свойствам, что в конечном итоге существенно ухудшает теплозащиту в целом всей наружной многослойной стены. Для устранения данного явления необходимо осуществлять турбулизацию пограничных слоев воздуха, контактирующих с внутренними поверхностями различной температуры (разных градиентов температур gradt1 и gradt2) бетонных слоев 1 и 2, что и происходит при выполнении на внутренних поверхностях 10 и 11 теплоизоляционного слоя 3 криволинейных канавок на одной части 14 поверхности 10 теплоизоляционного слоя 3. Касательная криволинейных канавок 12 имеет направление движения по ходу часовой стрелки (см., стр. 509, например, Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: Наука, 1965. - 872 с, ил.), а на другой части 15 касательных криволинейных канавок 13 имеется направление движения против хода часовой стрелки.
При наличии в атмосферном воздухе частиц пыли и мелкодисперсной влаги и, особенно при высокой их концентрации в пограничном слое, контактируемого по периметру отверстия 5, наблюдается налипание на внутреннюю поверхность 16 криволинейных канавок 12/13) загрязнений, которые забивают их полости. Тогда пограничный слой воздуха, контактирующий с поверхностью 10 не перемещается по криволинейным канавкам 12 части 14 теплоизоляционного слоя 3 и, как следствие не закручивается по ходу движения часовой стрелки, т.е. не образуются микрозавихрения. Пограничный слой воздуха, контактирующий с поверхностью 11, не перемещается, вследствие забивается загрязнениями, налипающими на внутренние поверхности криволинейных канавок 13 части 15 теплоизоляционного слоя 3 и, соответственно, не закручивается и не образует микрозавихрения.
При покрытии внутренних поверхностей 16 криволинейных канавок наноразмерной стекловидной пленкой из оксида тантала 17 твердые частицы пыли и мелкодисперсная влага не налипают на внутренние поверхности 16, а скользят по наноразмерной стекловидной пленке 17 без коагуляции и укрупнения (см., например, Литвинова В.А., Саврук Е.Н. Наноразмерные пленки из оксида тантала, полученные ионно-плазменным методом II сборник трудов региональной научно-практической конференции «Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике» - Томск: ТЕХИ НГАУ - Вып. 12 - 2010 - С. 299-301) с последующим удалением, оставляя «живое сечение» полостей криволинейных канавок 12 (13) практически постоянным и, как следствие, улучшает теплозащитные свойства воздуха в отверстиях 5.
В этом случае пограничный слой воздуха, контактирующий с поверхностью 10, перемещаясь по криволинейным канавкам 12 части 14 теплоизоляционного слоя 3, закручивается по ходу движения часовой стрелки, образуя микрозавихрения.
Одновременно пограничный слой воздуха, контактирующий с поверхностью 10, перемещаясь по криволинейным канавкам 13 части 15 теплоизоляционного слоя 3, закручивается против хода движения часовой стрелки, образуя микрозавихрения, вращающиеся в данном направлении. При этом на разъеме 4 встречаются микрозавихрения с противоположно направленным вращательным движением, что приводит к образованию микровзрывов (см., например, Меркулов В.П. Ветровой эффект и его применение в технике. Самара, 2002 г. - 387 с, ил.) с резко выраженной турбулизацией пограничного слоя как на внутренней поверхности 10 теплоизоляционного слоя 3, так и частично на внутренней поверхности монолитного бетонного слоя 2. Аналогичные процессы происходят и на поверхности 11 теплоизоляционного слоя 3 с турбулизацией пограничного слоя воздуха.
В результате турбулизация режимов движения воздуха в пограничных слоях по всему периметру отверстия 5 усредняет теплообменные процессы как нагрева слоев 1 и 2 внутренним воздухом здания, так и охлаждения их наружным воздухом, поддерживая заданную теплоизоляционную способность воздуха в отверстиях 5.
Гибкие связи 6 и 7 расположены попарно на расстоянии друг от друга, равном толщине вертикального воздушного канала, и каждая из связей состоит из не менее четырех последовательно соединенных элементов. При вертикальном смещении слоя 1 относительно слоя 2 в гибких связях возникают деформации, вызывающе вибрационные колебания, воздействующие на упругую сплошную среду воздушных вертикальных потоков. Известно, что вибрационные колебания элементов упругих связей создают дополнительные давления в среде воздушных вертикальных каналов. Это приводит к увеличению величины смещения слоя 1 относительно слоя 2 и дополнительно способствует в конечном итоге разрушению гибких связей. Величина дополнительного давления в воздушной сплошной среде вертикальных каналов определяется максимумом амплитуды вибрационных колебаний, которые ограничиваются шириной воздушного вертикального канала.
Для устранения возможности возрастания давления в воздушных вертикальных полостях элементы гибких связей 6, 7 расположены таким образом, что в плане воздушного вертикального канала они изображаются в виде геометрических фигур как сужения, где наблюдается возрастание давления воздушной упругой сплошной среды, так и расширения, где наблюдается уменьшение давления в воздушной упругой среде, сосредоточенной между данными элементами гибких связей. Последовательное пространственное размещение элементов парных гибких связей в виде геометрических фигур сужения и расширения приводит к пульсирующему изменению давления по длине гибких связей в воздушных вертикальных полостях, что обеспечивает поддержание усредненного постоянного давления.
Оригинальность предлагаемой полезной модели заключается в поддержании заданных теплофизический параметров теплоизоляционного слоя с воздушными отверстиями при длительной эксплуатации и, особенно, с наличием повышенной концентрации загрязнений как твердых, так и каплеобразных частиц за счет устранения их налипания на внутренние поверхности криволинейных канавок путем покрытия наноразмерной стекловидной пленкой из оксида тантала.