Конструктивний утеплювач

1. Конструктивний утеплювач, що містить зовнішню і внутрішню обшивки, між якими розміщено теплоізолюючий елемент, який відрізняється C2 1 3 82999 Поставлена задача досягається тим, що в конструктивному утеплювачі, що містить зовнішню і внутрішню обшивки, між якими розміщено теплоізолюючий елемент, згідно з винаходом, теплоізолюючий елемент виконано у вигляді розміщеної в каркасі комірчастої структури, шари якої утворено комірками прямокутної форми, причому кожну комірку наступного шару зміщено відносно комірки прилеглого шару по довжині комірки, а довжина комірки b у напрямку руху теплового потоку складає: 0,0408 b= , 3 DT де ΔT - різниця температур між зовнішньою і внутрішньою обшивками (Т1- Т2) комірки конструктивного утеплювача, а висота комірки Н відноситься до довжини комірки b як 1: 3. Крім того, в основі комірок виконано перфораційні отвори так, що в прилеглих шарах останні зміщено один відносно одного. Відмінні ознаки винаходу є загальними необхідними і достатніми, і, разом з ознаками обмежувальної частини, приводять до виконання технічного результату та вирішення поставленої задачі. На Фіг.1,2 схематично подано запропонований конструктивний утеплювач. Конструктивний утеплювач містить зовнішню і внутрішню обшивки 1 і 2, між якими встановлено теплоізолюючий елемент. Теплоізолюючий елемент виконано у вигляді розміщеної в каркасі 3 комірчастої структури. Шари 4 структури утворено комірками 5 прямокутної форми з пластин - перегородок-екранів 6 розміщених по периметру з основою. Кожен шар являє собою вертикальний повітряний прошарок. В основах комірок 5 виконано перфораційні отвори 7 для видалення вологи. Кожну комірку 5 наступного шару 4 зміщено відносно комірки прилеглого шару 4 по ширині комірки, наприклад на 0,5 ширині. Довжина b комірки 5 відноситься до висоти комірки Н, як 1: 3 і визначається з умови мінімально допустимого впливу конвекції в комірках 5 0,0408 b= , 3 DT Зниження потужності теплового потоку в конструктивному утеплювачі відбувається у такий спосіб. При зниженні температури зовнішнього повітря. зростає температурний перепад між зовнішньою і внутрішньою обшивками 1 і 2 конструктивного утеплювача. Тепловий потік, що збільшується, проходить через шари 4 комірок 5 стільникової структури теплоізолюючого елемента конструктивного утеплювача. Розміри і співвідношення складових частин теплоізолюючого елемента вибрані таким чином, щоб у них практично не виникала природна конвекція. Для доказу відповідності оптимально вибраних співвідношень елементів запропонованого конструктивного утеплювача умовам мінімально допустимого впливу конвекції в об'ємі конструкції визначимо параметри і співвідношення між складовими елементами конструктивного утеплювача для теплової ізоляції стін розрахунковим методом. 4 В основі конструктивного утеплювача лежить вертикальний повітряний прошарок [5]. У кожному з вертикальних повітряних прошарків при різниці температур ΔТ= Т 1- Т 2 формуються циркуляційні області. Висота комірки Н відноситься до довжини комірки b як 1: 3. Оцінимо конструктивні співвідношення при різних значеннях чисел Релея (Ra), характеризуючих наявність природної конвекції: g b3DT (1) Ra = Gr × Pr = × Pr , T n2 де Gr - число Грасгофа, що характеризує піднімальну силу, яка виникає внаслідок різниці густин повітря, g - прискорення вільного падіння g = 9,81м/с2; v -кінематична в'язкість повітря, v = 12,86-10-6м 2/с при Т = 273 К; Т - абсолютна середня температура повітря в комірках, К, Рг - число Прандтля, що характеризує фізичні властивості середовища, Рг = 0,71; ΔT - тепловий напір ΔТ = Т1- Т 2. Конструктивний утеплювач може включати один чи декілька шарів, розміщених у каркасі 3 комірчастої структури. В усіх варіантах виконання розмір довжини комірки b визначається режимом мінімального впливу конвекції на теплоперенос конструкції. Відповідно до норм [6] коефіцієнти тепловіддачі з зовнішньої і внутрішньої поверхонь обшивок приймаються відповідно α1= 8,7 Вт/(м К), α1 = 23 Вт/(м К). Для панельного будинку з декоративною поверхнею у вигляді листового конструктива, що знаходиться на певнійвідстані b (тобто утворюючого повітряний прошарок), має сенс введення ефективної теплопровідності (λеф ), яка відбиває вплив конвективних потоків. Для вертикальних прошарків виконується залежність [5] : l еф e= (Ra) l ε - відносна теплопровідність, λ - теплопровідність повітря λ, = 0,236 Вт/(м К), λ еф -1,5Вт/(мК). При відношенні довжини комірки до її висоти b 4 l= = 0,3 та числі Релея Ra = 10 Н H ε = 1,226 [5]. З рівняння (1) b дорівнює: 2 RaTn 1 b3 = g Pr DT Якщо підставити відомі величини (Рr = 0,71, v = 12,86.10-6 м 2/з, g = 9,81 м/с2 , Т = 263,15 К) у рівняння (2) одержимо: 0,0408 b= 3 DT Ширина комірки В і товщина перегородок h визначаються жорсткістю конструкції. Загальну довжину L і ширину D укладеної в каркасі 3 стільникової стр уктури теплоізолюючого елемента конструктивного утеплювача вибирають по кількості шарів комірок, виходячи з коефіцієнта опору теплопередачі, збереження міцності конструкції, а також технологічних можливостей споживача. При цьому D = Z b, де Z - кількість шарів у конструктивному утеплювачі. 5 82999 При необхідності забезпечення вологопроникності конструктивного утеплювача в основах комірок теплоізолюючого елемента, які утворюють перекриття шарів, виконано перфораційні отвори для видалення вологи, що дифундує в комірчастий конструктивний утеплювач від внутрішньої стінової панелі. Волога, яка проходить від внутрішньої стінової панелі крізь перфораційні отвори до зовнішньої обшивки, видаляється через щілини між конструктивом і зовнішньою обшивкою. Діаметр перфораційних отворів не повинен перевищувати величини а < 0,2В для збереження умов мінімального конвективного обміну. При цьому отвори 7 прилеглих шарів буде зміщено один відносно одного, оскільки кожну комірку 5 наступного шару 4 зміщено відносно комірки 5 прилеглого шару 4 по ширині комірки. Комірчастий конструктивний утеплювач може бути виконано із сучасних полімерних матеріалів 6 вторинної переробки методами екструзії, пресування та ін. При цьому мінімальна товщина h перегородок дозволяє забезпечити мінімальні масогабаритні показники пристрою (малу вагу панелі). Крім того, для зниження променистого теплового потоку матеріал перегородок повинно бути виготовлено з добавлянням алюмінієвої фарби або інших матеріалів, що відбивають тепловий потік. Зниження променистого теплообміну залежить від кількості перегородок-екранів, що формують комірки. Розташування перфораційних отворів для видалення вологи вибрано таким чином, щоб промениста енергія не поширювалася прямо від внутрішньої стінової панелі до зовнішнього облицювання. В табл..1 наведені порівняльні теплоізоляційні характеристики стінових панелей, оснащенних різними конструктивними утеплювачами Таблиця 1 № п/п 1 2 3 4 5 Питомі теплові Товщина Опір теплове втрати чешару уте- редачі шару рез плювача, утеплювача, стінові L, R захисні MM М20К/Вт конструкції gi Вт/м 2 14,9 20 120 102 0,95 1,02 3,6 2,5 5,65 45,1 42,8 11,9 16,9 7,6 T1, 0 C T2, 0 C T3, 0 C 14,8 15,2 18,6 18,0 19,1 -22,9 6,6 16,6 14,9 17,6 -14,0 -20,0 -18,9 -21,3 У табл. 2 подано такі варіанти: - 1 варіант - стінова панель товщиною 0,35 м (теплопровідність матеріалу g=0,44Вт/м°С); - 2 варіант - стінова панель, що утеплюється (D=0,35м, g=0,44Вт/м°С), що включає: повітряний невентильований прошарок, як утеплювач, (в=14,5мм) і зовнішнє облицювання; - 3 варіант - стінова панель, що утеплюється (D=0,35м, g=0,44Вт/м°С), яка включає конструкти Різниця температур між зовнішньою і внутрі шньою сторонами конструктивного утеплювача ΔТ°С 20,6 36,6 33,8 8,5 q g = i g1 Х 100% 100 95 26 37 17 вний утеплювач довжиною комірки b=1,7мм, зовнішню обшивку і вентильований повітряний прошарок для видалення вологи між ними; - 4 варіант стінова панель, що утеплюється, (D=0,35м, g=0,44Вт/м°С), яка включає: конструктивний утеплювач довжиною комірки b=19,3мм, зовнішнє облицювання і вентильований повітряний прошарок для видалення вологи між ними. Таблиця 2 № п/п b, мм G, Вт/м 2 1 2 3 4 14,5 1,7 19,3 45,1 24,9 12,8 9,9 Загальні тепло втрати б удинку Sq, квт 341,5 188,5 97,67 74,96 T2, °C TeI, °C T3, °C DТ,°С q,% -2,6 8,3 10,9 -4,2 0,8 -21,6 -22,4 -22,6 19,0 12,5 10,2 100 55 29 22 Порівняльні теплоізоляційні характеристики стінових панелей, оснащених різними конструктивними утеплювачами Розшифровка позначень у таблицях 1 і 2 така: 7 82999 Т1- температура на зовнішній поверхні стінової панелі за спрямування теплового потоку від внутрішньої стінки до зовнішньої; T2 - температура на зовнішній поверхні повітряного прошарку за спрямування теплового потоку від внутрішньої стінки до зовнішньої T1; T3 - температура на зовнішній поверхні повітряного прошарку у стіновій панелі за спрямування теплового потоку від внутрішньої стінки до зовнішньої (Т1; Теl - температура зовнішньої поверхні першого шару конструктивного утеплювача за спрямованістю теплового потоку від внутрішньої стінки до зовнішньої (Т1); qi -питомі теплові втрати через огороджувальні конструкції, що розраховуються до кожного варіанту; q1 -питомі теплові втрати через огороджувальні конструкції для першого варіанту; Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 8 `q -відносні питомі теплові втрати через огороджувальні конструкції. Джерела інформації: 1. Авторське свідотство CPCP №885487, E 04C2\24,1981. 2. АвторськесвідотствоСРСР №781291, E04C2\24,1980. 3. Авторське свідотство CPCP №1698392, Е04C2/24, БІ №46,1991 4. Аркадьев Б.А. Приближенный расчет свободно-конвективного теплопереноса в прямоугольной области // Инженерно-физический журнал. 1966.- № 5, T 101. -с. 606-612. 5. Исаченко В.П., Осипова В.А., С укомел А.С. Теплопередача.- М.-Л: "Енергія", 1964. 6. Будівельні норми і правила Н.З.-79**. Будівельна теплотехніка. Госстрой CPCP.-M.: ЦІТП Госстрою СРСР,1986р. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601