ПУСТОТНЫЙ КИРПИЧ

Заявляемая полезная модель относится к области строительства и может быть использована для изготовления пустотных строительных элементов при возведении стен зданий и сооружений.
Известны полнотелые и пустотные керамические и силикатные кирпичи, применяемые в строительстве зданий и сооружений [ГОСТ 530, 379 - аналог]. Недостатком таких ограждающих элементов является высокий коэффициент теплопроводности, что снижает теплозащитные свойства и приводит к необходимости увеличения толщины ограждающих стен.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели является ограждающий элемент с прерывистыми многорядными воздушными прослойками, расположенными в шахматном порядке [В.М. Ильинский. «Строительная теплофизика». Москва «Высшая школа» 1974 г. Стр.40-43 - прототип]. Недостатком прототипа является то, что тепловой поток при своем движении огибает воздушные прослойки, двигаясь по сплошному материалу (по перемычкам между воздушными прослойками), не дробясь и не теряя своей целостности. Это отрицательно сказывается на теплозащитных свойствах изделия.
Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение теплозащитных свойств пустотного кирпича за счет снижения коэффициента теплопроводности, рассеивания и ослабления теплового потока и направления его на преодоление максимально возможного термического сопротивления воздушных прослоек.
Технический результат, полученный в процессе решения поставленной задачи, достигается тем, что в теле кирпича выполнены сквозные или несквозные непрерывные прямоугольные и скобообразные по краям пустоты толщиной 4-5 мм или расположенные в шахматном порядке прерывистые пустоты указанной толщины в виде Г-образных, Т-образных, скобообразных, двутавробразных фигур, с краями, заходящими за осевую линию, проходящую между рядами прослоек.
Сущность полезной модели заключается в том, что элементы ограждающих строительных конструкций защищаются от свободного прохождения теплового потока системой тонких сквозных или несквозных непрерывных прямоугольных и скобообразных по краям пустот толщиной 4-5 мм или расположенных в шахматном порядке прерывистых пустот указанной толщины, выполненных в виде Г-образных, Т-образных, скобообразных, двутавробразных фигур, с краями, заходящими за осевую линию, проходящую между рядами прослоек. Такое расположение и конфигурация воздушных пустот (прослоек) не позволяет тепловому потоку обходить их по перемычкам между пустотами.
2
2
Установлено, что в воздушных прослойках толщиной 4-5 мм полностью отсутствует свободная конвекция при перепаде температур в 50°C (-30°C-+20°C). При этом перепаде температур и при данной толщине замкнутой воздушной прослойки силы, вызывающие свободно-конвективное движение воздуха в прослойке меньше, чем противодействующие им силы трения и вязкости воздуха. При таком конструктивном исполнении конвекция полностью отсутствует и воздух в замкнутой воздушной прослойке находится в состоянии покоя. Его коэффициент теплопроводности минимальный и соответствует коэффициенту теплопроводности спокойного воздуха. Термическое сопротивление воздушной прослойки в 5 мм с неподвижным воздухом (R=0,2 (м·К)/Вт), больше, чем термическое сопротивление воздушной прослойки в 10 мм (согласно прототипу - табл.1.8 R=0,15 (м·К)/Вт) в 1,33 раза. Т.е. меньшая в 2 раза по размерам прослойка работает эффективнее на 33%.
Чтобы заставить тепловой поток преодолевать замкнутые пустоты с неподвижным воздухом, коэффициент теплопроводности которых (0,023 Вт/м·К) примерно в 30 раз меньше, чем коэффициент теплопроводности материала элемента (0,7 Вт/м·К), а не обходить их по перемычкам, воздушные прослойки предлагается выполнять непрерывными прямоугольными со скобообразными по краям или прерывистыми Г-образными, Т-образными, скобообразными, двутавробразными, при этом края пустот перекрывают осевую линию, проходящую между рядами прослоек.
Таким образом, тепловому потоку при его движении через элемент строительной конструкции приходится постоянно дробиться, преодолевая воздушные прослойки с максимально возможным термическим сопротивлением, что приводит к его значительному ослаблению, а, следовательно, к общему уменьшению тепловых потерь через ограждающую конструкцию, что является новым техническим результатом заявляемой полезной модели.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом, где: на фиг.1 схематично изображен пустотный кирпич с прерывистыми, расположенными в шахматном порядке, пустотами в виде Г-образных, Т-образных, скобообразных, двутавробразных фигур;
на фиг.2 схематично изображен пустотный кирпич с непрерывными прямоугольными и скобообразными по краям пустотами.
Пустотный кирпич (фиг.1) со стандартными размерами в плане 250×120 мм 1 имеет расположенные в шахматном порядке прерывистые пустоты (воздушные прослойки): Г-образные 3, Т-образные 4, скобообразные 5, двутавробразные 6. Между прерывистыми пустотами расположены перемычки 2. Воздушные прослойки толщиной 4-5 мм с проходящими внутри изотермическими линиями 7 выполнены таким образом, чтобы их края перекрывали осевую линию 8 между рядами воздушных прослоек. Стрелками показано движение теплового потока q. Такое расположение и конструкция пустот заставляет тепловой поток не обходить ряды воздушных прослоек по перемычкам между ними, а направляет его на их преодоление. Это приводит к его ослаблению и дроблению. Воздушные пустоты толщиной 4-5 мм с отсутствующей свободной конвекцией воздуха, перекрывающие осевую линию, лежащую между рядами прослоек, выполняют роль направляющих теплового потока и труднопреодолимых тепловых барьеров. Тепловой поток не может их преодолеть и пройти по перемычке 2 следующего ряда по причине того, что на краях торцевых пустот отсутствует разность температурных потенциалов, т.к. противоположные стенки находятся примерно на одной изотерме 7.
На фиг.2 изображен пустотный кирпич со стандартными размерами в плане 250×120 мм 1, который имеет непрерывные прямоугольные 2 и скобообразные 3 по краям пустоты. Угол наклона поворотной части скобы 3 составляет 45°, что способствует направлению теплового потока на преодоление непрерывных воздушных пустот толщиной 4-5 мм с отсутствующей свободной конвекцией воздуха и в значительной степени не позволяет тепловому потоку обходить ряды непрерывных воздушных прослоек. В таблице приведены результаты конкретного исполнения, показывающие изменение эквивалентного коэффициента теплопроводности предлагаемого, например, изображенного на фиг.1 силикатного пустотного кирпича в кладке в зависимости от количества рядов воздушных прослоек при толщине воздушной прослойки 5 мм и перепаде температур 50°C (-30°C-+20°C).
Таблица
Расчетные значения эквивалентных коэффициентов теплопроводности предлагаемого силикатного пустотного кирпича в сравнении с известными кирпичами
Наименование строительных изделий
Количество рядов воздушных прослоек толщиной 5  мм, шт
Эквивалентный коэффициент теплопроводности кирпича в кладке, Вт/м·К
Предлагаемый силикатный пустотный кирпич
2
0,361
3
0,324
4
0,302
5
0,287
6
0,278
Известный полнотелый керамический кирпич
0
0,700
Известный пустотный керамический кирпич кирпичкирпичкирпичаппапкирпич кирпич кирпич
0
0,580
Известный полнотелый силикатный кирпич
0
0,700-0,760
Известный четырнадцатипустотный силикатный кирпич
0
0,520
Анализ представленных в таблице данных показывает, что при выполнении 6 рядов воздушных прослоек предложенной конфигурации толщиной 5 мм коэффициент теплопроводности предлагаемого силикатного пустотного кирпича (0,278 (Вт/м·К)) по сравнению с аналогичным параметром при использовании стандартного четырнадцатипустотного силикатного кирпича (0,520 (Вт/м·К)) уменьшается в 1,9 раза.
3
Предлагаемый способ усиления теплозащитных свойств элементов ограждающих конструкций позволяет даже в кирпичах, изготовленных из материалов с большой плотностью (например, силикатный кирпич из известково-песчаной смеси плотностью до 1900 кг/м), добиваться значительного снижения коэффициента теплопроводности (0,27-0,3 Вт/(м·К)). Метод подавления свободной конвекции и направления теплового потока на преодоление высоких термических сопротивлений воздушных прослоек может применяться для повышения теплозащитных свойств элементов, изготовленных из строительных, огнеупорных, теплоизоляционных и конструкционных (даже металлических) материалов. Это является новым техническим эффектом и переходом к качественно и количественно новым показателям в строительстве.