Активная теплозащитная ограждающая конструкция Российский патент 2023 года по МПК E04B1/76 F28D20/02 

Изобретение относится к средствам активной тепловой защиты зданий, сооружений, аппаратов (наземных, воздушных и космических) и может быть использовано для изготовления теплозащитных ограждающих конструкций.

Известны ограждающие конструкции, которые позволяют осуществлять тепловую защиту зданий и аппаратов пассивным методом [RU 2139396 C1, МПК E04B 1/74, опубл. 10.10.1999 г.; RU 2123564 C1, МПК E04C 2/26, E04C 2/32, опубл. 20.12.1998 г.; RU 27400 U1, МПК E04C 2/26, опубл. 27.01.2003 г.; RU 215040 U1, МПК E04C 2/10, опубл. 25.11.2022 г.; RU 2779009 C1, МПК F27D 1/00, опубл. 30.08.2022 г.; RU 2329898 C2, МПК B32B 13/02, C04B 28/26, C04B 111/28, E06B 5/16, опубл. 27.07.2008 г.].

Недостатком данных технических решений является низкая степень предотвращения воздействия тепловых возмущений, связанная с отсутствием элементов активного регулирования.

Существуют ограждающие конструкции с активными элементами, позволяющими с помощью ухудшения теплозащитных свойств ограждения управлять интенсивностью тепловых воздействий на ограждаемый объект [RU 118988 U1, МПК E04B 2/00, E04B 1/76, опубл. 27.03.2012 г.; RU 118989 U1, МПК E04B 2/00, E04B 1/76, опубл. 10.08.2012 г.; RU 2732555 C1, МПК E04B 1/76, E04B 2/00, опубл. 21.09.2020 г.].

Недостатком этих технических решения является недостаточная или ограниченная тепловая защита, связанная с низким качеством регулирования и невозможностью стабилизации тепловых возмущений на стороне ограждаемого объекта.

Недостатком существующих теплозащитных конструкций является недостаточная или ограниченная тепловая защита, приводящая к неполной стабилизации тепловых возмущений на стороне ограждаемого объекта.

Известны разрушаемые активные теплозащитные ограждения, содержащие в своей конструкции разрушающиеся слои с аблирующим или испаряющимся материалом. Такой вид тепловой защиты предназначен для стабилизации тепловых условий на определенное время [RU 2249785 C1, МПК F42B 12/76, B32B 15/16, B64G 1/58, опубл. 10.04.2005 г.; RU 2310588 C1, МПК B64G 1/58, B64C 1/38, B64G 1/56, F42B 15/34, опубл. 20.11.2007 г.].

Недостатком данных технических решений является кратковременность эксплуатации и трудоемкость их восстановления.

Известны технические решения «теплый пол», позволяющее отапливать и охлаждать помещения через конструкцию пола. Такая конструкция не является ограждающей, так как не ограждает от внешних тепловых воздействий, если она не вмонтирована в пол нижнего этажа здания [RU 162885 U1, МПК F24D 3/00, опубл. 27.06.2016 г.; RU 119855 U1, МПК F24D 3/04, опубл. 27.08.2012 г.; RU 2431083 C1, МПК F24D 3/04, опубл. 10.10.2011 г.; RU 212129 U1, МПК F24D 3/12, опубл. 07.07.2022 г.].

Недостатком данных технических решений является неполная стабилизация тепловых условий в помещениях из-за небольшой площади относительно площади всех остальных ограждающих конструкций.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Энергосберегающая система отопления» [RU 137875 U1, МПК F24D 12/00, опубл. 27.02.2014], которая позволяет за счет интегрированной в стены и пол системы трубопроводов управлять тепловыми условиями в помещениях, состоит из трубопроводов, жидкого вязкого теплоносителя, микровихревого теплогенератора, системы принудительной прокачки нагретого теплоносителя от теплогенератора к теплоаккумуляторам и теплообменникам, теплоаккумулятора, устройства принудительного перемешивания воздуха в помещении; радиатора-теплообменника, расширительного бака и/или гидроаккумулятора и системы управления, включающей контроллер, исполнительные механизмы, преобразователи и датчики.

Недостатком данной системы является чрезмерная сложность, наличие большого количества активных механических элементов для принудительной прокачки воды и воздуха, расположение теплообменных труб в конструкциях, не являющихся теплозащитными ограждающими.

Технической задачей предлагаемого изобретения является полная стабилизация и управление тепловыми условиями на стороне ограждаемого объекта малым набором средств.

Технический результат изобретения заключается в повышении энергосберегающего эффекта за счет снижения температуры теплоносителя, что позволяет использовать низкопотенциальные источники теплоты и снизить тепловые потери систем теплоснабжения, а также в расширении области комфортного пребывания человека в объеме зданий, сооружений или аппаратов.

Это достигается тем, что активная теплозащитная ограждающая конструкция, содержащая трубчатые теплообменные устройства, согласно изобретению, снабжена расположенными последовательно теплораспределяющим и теплоизолирующим слоями, при этом трубчатые теплообменные устройства установлены внутри теплораспределяющего слоя, теплоизолирующий слой расположен со стороны интенсивных тепловых воздействий.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично представлено поперечное сечение фрагмента активной теплозащитной ограждающей конструкции.

Активная теплозащитная ограждающая конструкция содержит расположенные последовательно теплораспределяющий слой 1, внутри которого установлены трубчатые теплообменные устройства 2, и теплоизолирующий слой 3. Теплораспределяющий слой 1 имеет теплопроводность, достаточную для равномерного (в масштабах тепловых воздействий) распределения температуры внутри него. Теплоизолирующий слой 3 имеет более чем на 1 десятичный порядок меньшую теплопроводность относительно теплораспределяющего слоя 1, и располагается со стороны интенсивных тепловых воздействий.

Активная теплозащитная ограждающая конструкция работает следующим образом.

Теплораспределяющий слой 1 равномерно (в масштабах тепловых воздействий) распределяет подводимую и отводимую с помощью трубчатых теплообменных устройств 2 теплоту. Теплоизолирующий слой 3 снижает влияние со стороны интенсивных тепловых воздействий до необходимого уровня, когда трубчатые теплообменные устройства 2 станут достаточно эффективны, то есть при выбранных материалах в слое 1 возникает равномерное температурное поле с отклонением в пределах, задаваемых техническими требованиями к ограждающей конструкции. Отклонение температуры от равномерного определяется в долях от максимального перепада температур, возникающего при тепловом воздействии. Наличие трубчатых теплообменных устройств 2 в теплораспределяющем слое 1 позволяет активным образом управлять его температурой, тепловыми потоками, отходящими от нетеплоизолированной поверхности, и градиентом температуры в теплоизолирующем слое 3. Для работы трубчатых теплообменных устройств 2 подводится или отводится теплота сторонних источников с необходимым температурным уровнем. Работа трубчатых теплообменных устройств 2 может управляться автоматикой или работать пассивно, в зависимости от вида стороннего источника и способа организации теплообмена в теплообменных устройствах.

Толщина теплораспределяющего слоя 1, как и шаг между трубчатыми теплообменными устройствами 2, определяется, исходя из требуемой степени равномерности распределения температурных полей. Толщина теплоизолирующего слоя 3 определяется, исходя из степени снижения влияния интенсивных тепловых воздействий. Глубина заложения трубчатых теплообменных устройств 2 в теплораспределяющем слое 1 определяется, исходя из технических особенностей эксплуатации неизолированной поверхности.

Активная теплозащитная ограждающая конструкция может быть применена в тех случаях, когда необходимо максимально расширить область комфортного пребывания человека в объеме зданий, сооружений или аппаратов. Применение в качестве системы отопления здания, при незначительном увеличении расхода тепловой энергии, позволит предотвратить наличие зон поверхности ограждающей конструкции с температурами менее точки росы и возможность образования грибковых поражений, снизить температуру теплоносителя почти до комнатной температуры за счет большой площади ограждающей конструкции, что оказывает энергосберегающий эффект в системе теплоснабжения, а также эффективно применять низкопотенциальные источники и аккумуляторы теплоты.

Активная теплозащитная ограждающая конструкция может быть выполнена из различных материалов, например, теплораспределяющий слой 1 - железобетон или гипсовые блоки, трубчатые теплообменные устройства 2 - полиэтиленовая труба, заполненная водой, выступающей тепловым агентом, теплоизолирующий слой 3 - минеральная вата. В активной теплозащитной ограждающей конструкции может предусматриваться пароизоляция, элементы для фиксации изоляционного материала, для гидроизоляции стыков и др. Наличие теплообменных устройств в железобетонном слое позволяет дополнительно подогревать его для ускорения твердения бетона при низких температурах окружающей среды.

Изготовление элементов и монтаж ограждающей конструкции производят известными методами. Расстояние между теплообенными устройствами позволяет проводить крепление монтажных связей для навешивания теплозащитного слоя теплоизоляции и прочих технологических и декоративных элементов.

Активная теплозащитная ограждающая конструкция может быть использована как для защиты ограниченного объема с объектом от внешнего теплового воздействия, так и защиты окружающей среды от воздействия источником тепловых возмущений. В таком случае теплоизолирующий слой 3 должен находиться со стороны теплового воздействия. За счет наличия трубчатых теплообменных устройств 2 возможно эффективно стабилизировать температуру поверхности первого теплораспределяющего слоя 1.

Использование изобретения позволяет стабилизировать и управлять тепловыми условиями на стороне ограждаемого объекта малым набором средств, в повышении энергосберегающего эффекта за счет снижения температуры теплоносителя, что позволяет использовать низкопотенциальные источники теплоты и снизить тепловые потери систем теплоснабжения, а также в расширении области комфортного пребывания человека в объеме зданий, сооружений или аппаратов.

Изобретение относится к средствам активной тепловой защиты зданий, сооружений, аппаратов (наземных, воздушных и космических) и может быть использовано для изготовления теплозащитных ограждающих конструкций. Технический результат изобретения заключается в повышении энергосберегающего эффекта за счет снижения температуры теплоносителя, а также в расширении области комфортного пребывания человека в объеме зданий, сооружений или аппаратов и достигается активной теплозащитной ограждающей конструкцией, которая содержит расположенные последовательно теплораспределяющий слой (1), в котором установлены трубчатые теплообменные устройства (2), и теплоизолирующий слой (3), причем теплоизолирующий слой расположен со стороны интенсивных тепловых воздействий. 1 ил.

Активная теплозащитная ограждающая конструкция, содержащая трубчатые теплообменные устройства, отличающаяся тем, что снабжена расположенными последовательно теплораспределяющим и теплоизолирующим слоями, при этом трубчатые теплообменные устройства установлены внутри теплораспределяющего слоя, теплоизолирующий слой расположен со стороны интенсивных тепловых воздействий.