Энергосберегающие звукоизолирующие пакеты Российский патент 2023 года по МПК E06B3/663 

Изобретение относится к современным технологиям энергосбережения и звукоизоляции.

Известны стеклопакеты, применяемые в современных оконных конструкциях, которые для улучшения энергосберегающих и шумоизоляционных свойств имеют несколько камер со значительными расстояниями между стенками камер, стеклопакеты, в которых на внутренние стороны наружных стёкол нанесены низкоэмиссионные плёнки для отражения инфракрасного излучения в обе стороны; стеклопакеты, внутренние полости которых заполнены «тяжёлыми» инертными газами (аргоном, криптоном, ксеноном и др.) для улучшения теплоизоляции относительно воздуха, имеющего меньший удельный вес.

Такие стеклопакеты имеют большой вес, сложную конструкцию, большую монтажную ширину, в несколько раз дороже, чем простые однокамерные стеклопакеты; газонаполненные стеклопакеты требуют периодического перезаполнения из-за высокой просачиваемости одноатомных газов, применяемых для заполнения камер, через микроскопические щели в уплотнительных материалах, а применение вакуума невозможно из-за разности давлений внутри и снаружи камер, что приводит к деформации и поломке стенок камер.

Существует вакуумный стеклопакет, состоящий из двух смежных листов стекла, а из пространства между ними откачан воздух, (патенты WO 91/02878 и WO 93/15296). Листы стекла разделены между собой дистанционными прокладками высотой до 0,25 мм и диаметром до 0,4 мм (пиларами) и соединены между собой по периметру слоем герметизирующего материала (уплотнения). Откачка воздуха из межстекольного пространства производится через отверстие в одном из стекол.

Такие вакуумные стеклопакеты не нашли широкого применения в связи с существованием ряда нерешенных практических проблем в области функциональности и эксплуатационной пригодности. Их сложно собирать из-за трудности правильного размещения дистанционных прокладок между стёклами, часто имеют место повреждения в виде боя стекол, потери вакуума в связи с тем, что при большой разности температур (до 50-60 градусов Цельсия) между наружным и внутренним стеклами из-за теплового расширения появляются большие сдвиговые напряжения на стыках стёкол, приводящие к появлению эффекта биметалла, т.е. искривлению стеклопакета и разрушению материала уплотнителя.

Существует стеклопакет (RU 2451147 C 2), где для устранения эффекта биметалла между двумя крайними стёклами установлено третье стекло с установкой дистанционных прокладок высотой до 0,25 мм, диаметром до 0,4 мм из стекла или металла между ними и отвечающих специальным требованиям: 0,3 < A1/A2 < 0.4 , A3 < 0.17 , где А1, А2, А3 – коэффициенты поглощения солнечного излучения первого, второго и среднего листов стекла, на которые нанесены низкоэмиссионные покрытия.

Такие стеклопакеты сложны в изготовлении в связи с тем, что они имеют больший вес и стоимость по сравнению с однокамерными стеклопакетами, их невозможно изготовить в различных геометрических формах. при потере вакуума, в силу изложенных выше причин, стеклопакет полностью теряет свою функциональность. для изготовления таких стеклопакетов требуется вакуумная камера значительных размеров и невозможна замена поврежденных стёкол не в заводских условиях.

Задачей предлагаемого изобретения и достигаемым техническим результатом являются: упрощение конструкции энергосберегающих пакетов за счёт уменьшения количества камер, уменьшение материалоёмкости, уменьшение веса и габаритов, улучшение теплоизоляционных и звукоизоляционных характеристик, удешевление оконных и перегородочных конструкций, повышение их ремонтопригодности.

Полученный технический результат достигается тем, что между стенками пакетов установлена объёмная решётка из светоустойчивого прозрачного или цветного материала, ячейки которой представляют из себя тонкостенные полые призмы без оснований, грани которых вблизи оснований призм заострены. Форма, размеры ячеек, толщина материала перегородок объёмной решётки выбираются сообразно условиям эксплуатации пакетов. В варианте создания разрежения внутри камер, толщина стенок (стёкол) пакетов, толщина и ширина граней ячеек объёмной решётки выбираются с учётом атмосферного давления, равного 1 кг/кв. см и степени разрежения, создаваемого внутри пакетов. Такая объёмная решётка не создаёт помех прохождению света в помещение и видимости из помещения, а разные цвета элементов объёмной решётки позволяют создавать разные эстетические виды изделия.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами и заключается в следующем:

Фиг.1 Элемент решётки.

1 - Элемент решётки.

2 - Паз.

4 - Сечение по А-А.

Фиг.2. Стеклопакет в сборе.

3 - Уплотнитель.

Фиг.3. Стеклопакет в разрезе.

Фиг 4. Направления конвекционных потоков в ячейке объёмной решётки.

Известно, что одной из основных составляющих теплопроводности энергосберегающих пакетов является образование конвекционных потоков противоположного вертикального направления у внутренних и внешних поверхностей стенок камер, что способствует интенсивной передаче тепла и холода через энергосберегающий пакет. Составляющая теплопередачи, связанная с прохождением инфракрасного электромагнитного излучения через прозрачные стенки пакетов, незначительна в связи с невысокой абсолютной температурой излучающих предметов и относительно небольшой разницей между температурой предметов, расположенных по разные стороны от энергосберегающих пакетов. Также следует учесть то, что инфракрасное излучение исходит не от воздуха, который находится в помещении или вне помещения, а от нагретых (выше минус 273,15 градусов Цельсия) тел и предметов, находящихся в помещении и вне помещения. Это излучение распространяется в различных направлениях и на окно попадает только малая его часть. Если говорить о потере тепла через оконный проём в холодное время, то окна, как правило, со стороны помещения завешены полупрозрачными или плотными шторами, жалюзи, которые практически полностью задерживают инфракрасное излучение с длиной волны 9,37- 9,7 мкм, что соответствует излучению тел и предметов, находящихся при комнатной температуре (18-27 градусов Цельсия), т.е. тепло остаётся внутри помещения, соответственно, основная потеря тепла происходит по причине конвекции около окна и теплопроводности оконной конструкции.

Проведенные лабораторные исследования показывают, что при увеличении расстояния между стёклами однокамерных стеклопакетов свыше 16 мм, улучшения теплоизоляционных свойств стеклопакетов не происходит, а увеличение расстояния между стёклами свыше 24 мм приводит к ухудшению теплоизоляционных свойств стеклопакета из-за ускорения конвекционных потоков в межстекольном пространстве. Об этом свидетельствует то, что от герметично закрытых окон с плохой теплоизоляцией «дует», т. е. создаётся охлаждённый от окон и направленный вниз конвекционный поток воздуха, который ассоциируется у людей как сквозняк от окна, хотя окно плотно закрыто.

В камерах существующих стеклопакетов, в связи с их значительными размерами в вертикальном направлении, скорости конвекционных потоков противоположного направления около внутренних стенок камер достигают значительных величин, следовательно, вследствие завихрения, образующегося между противоположно направленными вертикальными потоками, находящийся в камерах газ или воздух перемешивается со значительной скоростью, что вызывает быструю передачу тепла и холода от одной стенки пакета (камеры) к другой.

Размещённая между стенками камеры объёмная решётка, а именно её горизонтально расположенные элементы, сокращают расстояния для разгона вертикальных конвекционных потоков в газе или воздухе, находящегося внутри ячеек объёмной решётки, сталкиваясь с горизонтальными элементами, вертикальные микропотоки теряют свою скорость, соответственно, уменьшается и скорость перемешивания газа, соприкасающегося с противоположными стенками пакета в отдельно взятой ячейке. причём эта скорость тем меньше, чем меньше вертикальный размер ячеек и чем больше расстояние между стенками камер, так как малые противоположно направленные конвекционные потоки, образующиеся у вертикальных стенок пакета внутри отдельно взятой ячейки, создают вращательное движение газа или воздуха, находящегося внутри ячейки, как показано на Фиг. 4., а для достижения противоположной стенки ячейки, этому потоку нужно пройти и горизонтальный участок ячейки, равный расстоянию между стенками пакета, на что уходит дополнительное время, тем большее, чем больше расстояние между стенками пакета, что вызывает улучшение теплоизоляционных свойств пакетов в целом. Установленная между стенками пакета объёмная решётка позволяет создать разрежение внутри камер не давая стенкам пакета возможности деформироваться вовнутрь или разрушаться в случае, если стенки камер стеклянные, что, в свою очередь, приводит к многократному улучшению теплоизоляционных и звукоизоляционных свойств пакетов. Для уменьшения передачи тепла и холода через материал решётки, теплопроводность которого выше, чем у воздуха или газа, находящегося в камере, её грани, прикасающиеся к стенкам пакетов, заострены для уменьшения площади соприкосновения со стенками пакета, как показано на Фиг. 1, сечение А-А и Фиг. 3.

Теплопередача, связанная с броуновским движением в газах, ничтожно мала и поэтому ею можно пренебречь.

В обычных стеклопакетах стёкла ведут себя, как мембраны. Когда с какой ни будь стороны до них доходят звуковые волны, они создают звуковые колебания в газе или воздухе, находящемся внутри камеры, которые, в свою очередь, вызывают колебания следующей стенки камеры и в виде звука распространяются дальше. Этот эффект наблюдается тем сильнее, чем тоньше стенки стеклопакетов.

Установленная между стенками и прикасающаяся к ним объёмная решётка, гасит колебания стенок пакета, создавая одновременно и эффект их «утолщения», что улучшает звукоизоляционные свойства пакетов.

В частном случае решётку можно собрать из ленты, изготовленной из светоустойчивого материала, например из пластика, с пазами, как указано на Фиг.1, сделанными на одной стороне на выбранном расстоянии друг от друга до половины ширины ленты, при этом ширина пазов равна толщине ленты. Ленты, вставленные своими пазами перпендикулярно друг к другу, создают прямоугольную или квадратную объёмную решётку необходимого размера с выбранной площадью ячеек.

Для стеклопакета со стёклами толщиной 4 мм при давлении внутри камеры 0,4-0,5 кг/кв. см предпочтительны размеры (длина, ширина) ячеек 2-3 см., толщина граней объёмной решётки 1-1,5 мм., ширина граней ячеек (межстекольное расстояние) 8-10 мм. Для более толстых стёкол можно соответственно увеличить размеры ячеек. В таких стеклопакетах не возникает эффект биметалла при значительной разнице температур у внутренней и наружной стенок стеклопакета в связи с тем, что расстояние между стенками стеклопакетов на порядки больше, чем в приведённых выше аналогах, и применение упругой уплотнительной прокладки между стёклами предотвращает образование сдвиговых напряжений.

Для однокамерных пакетов без использования вакуума межстекольное расстояние может варьироваться от 10-16 мм до целесообразной (необходимой) величины.

В стеклопакетах также могут быть использованы стёкла с низкоэмиссионным покрытием и метод заполнения межстекольного пространства инертными газами, когда не предусматривается создание разрежения в камере.

Для уплотнения конструкции по периферии используется ленточный Т-образный уплотнитель 3 (Фиг. 3) из силикона или другого, подобного ему по свойствам, материала. При создании разрежения в камере такой уплотнитель под действием атмосферного давления деформируется стенками камер до толщины объёмной решётки, вставленной между стенками пакета, а Т-образные края уплотнителя прижимаются к краям стенок камеры. В местах изменения направления уплотнения, связанного с геометрической формой энергосберегающего пакета, на стороне, обращённой внутрь камеры, делается вырез под необходимым углом, и он заполняется соответствующим герметиком. Для исключения повреждения уплотнителя, углы стенок пакета закругляются радиусом от 5 до 10 мм. В местах стыков концы уплотнителя вырезаются специальным инструментом для замкового выреза и соединяются с применением соответствующего герметика. Для создания разрежения внутри пакета используется трубчатая игла, подобная медицинской, которой в любом месте прокалывается уплотнитель и через нее откачивается воздух или газ, находящийся внутри пакета. При удалении иглы уплотнитель сам герметизируется.

Такие теплоизолирующие и звукоизолирующие пакеты могут быть использованы в качестве оконных конструкций, ненесущих стен зданий и сооружений, внутренних перегородок, наружной части современных полностью остеклённых зданий, позволяя сэкономить миллиардные затраты не только на строительство конструкций, но и на их отопление и кондиционирование.

Изобретение относится к современным технологиям энергосбережения и звукоизоляции. Энергосберегающий звукоизолирующий пакет или стеклопакет состоит по меньшей мере из двух боковых стенок, загерметизированных по краям Т-образной прокладкой, при этом между боковыми стенками установлена объемная решетка из светоустойчивого прозрачного или окрашенного материала, ячейки которой представляют собой тонкостенные полые призмы без оснований, причём края объемной решетки, прикасающиеся к стенкам камер, заострены для уменьшения площади контакта со стенками пакета, что позволяет ограничить скорость конвекционных потоков внутри пакета и исключить деформацию и разрушение стенок. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Энергосберегающий звукоизолирующий пакет, стеклопакет, состоящий по меньшей мере из двух боковых стенок, загерметизированных по краям и образующих камеру, отличающийся тем, что края боковых стенок загерметизированы Т-образной прокладкой из силикона или упругого материала, не пропускающего сквозь себя воздух и газы; при этом между стенками камеры установлена объёмная решётка из светоустойчивого прозрачного или окрашенного материала, причём объёмная решётка выполнена из горизонтальных и вертикальных элементов, образующих ячейки, которые уменьшают скорость перемешивания воздуха или газа, соприкасающегося с противоположными стенками камеры в ячейках, которые представляют собой тонкостенные полые призмы без оснований, края объёмной решётки, соприкасающиеся со стенками камеры, заострены.

2. Энергосберегающий звукоизолирующий пакет, стеклопакет по п.1, отличающийся тем, что воздух или газ, находящийся в камере, разрежен.

3. Энергосберегающий звукоизолирующий пакет, стеклопакет по п.1, отличающийся тем, что размер ячеек объёмной решётки составляет 2-3 см.