RU2604023C1

RU2604023C1 - Heat insulating glass unit window

Info

Publication number: RU2604023C1
Application number: RU2015146542/12A
Authority: RU
Inventors: Ростислав Адамович Кузьминский; Ирина Александровна Кабанова
Priority date: 2015-10-28
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2016-12-10

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: window is made in form of heat-insulated outer wall of double glazing, particularly for windows or facades of buildings. It comprises outer panel and inner panel with low-emission optical coatings, applied to their surface, parallel to each other and forming space. Wherein it is equipped with gas-dynamic device in form of flow vortex-formers consisting of barriers-boards, installed at angle to outer panel in middle part of window and to building facade along perimeter of window, which are arranged along perimeter of glass unit window for entire width and height of window.

EFFECT: heat-saving insulating glass unit window is disclosed.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям окон для зданий и сооружений с теплосберегающим устройством.The invention relates to the field of construction, namely, window structures for buildings and structures with a heat-saving device.

При изготовлении оконных конструкций или фасадов зданий широкое применение нашли так называемые окна-стенки в виде стеклопакетов.In the manufacture of window structures or building facades, the so-called window-walls in the form of double-glazed windows are widely used.

Известен стеклопакет - светопрозрачная конструкция строительного назначения из двух и более стекол, скрепленных (склеенных) между собой в порядке: стекло - воздушная камера (газ) - стекло - и т.д. [1]. Предназначение стеклопакета как замены стекол - в повышении такой характеристики окна, как сопротивление теплопередаче, поскольку воздух и некоторые другие газы плохо пропускают тепло.Known double-glazed window - a translucent construction for construction purposes of two or more glasses bonded (glued) to each other in the order: glass - air chamber (gas) - glass - etc. [one]. The purpose of a double-glazed window as a replacement for glass is to increase such a window characteristic as heat transfer resistance, since air and some other gases do not allow heat to pass through well.

Недостатком этого стеклопакета является то, что часто он недостаточно эффективен, особенно в тех случаях, когда поверхность стекла относительно велика (например, когда весь фасад выполнен из стекла). В частности, зимой, когда внутри помещений осуществляют искусственный нагрев, стены известного типа с двойным остеклением приводят к чрезмерному рассеиванию тепла наружу из помещений, что влечет за собой высокий расход энергии, связанный с потерей тепла за счет кондукции и конвекции. При этом особенно большие потери тепла наблюдаются при обдуве стекол потоком воздуха, имеющим большую скорость.The disadvantage of this double-glazed window is that it is often not effective enough, especially in cases where the glass surface is relatively large (for example, when the entire facade is made of glass). In particular, in winter, when artificial heating is carried out indoors, walls of a known type with double glazing lead to excessive heat dissipation to the outside from the premises, which entails a high energy consumption associated with heat loss due to conduction and convection. In this case, especially large heat losses are observed when the glasses are blown with a stream of air with a high speed.

Известна также теплоизолированная наружная стенка из двойного остекления, в частности для окон или фасадов зданий, содержащая наружную панель и внутреннюю панель, с нанесенными на их поверхности низкоэмиссионными оптическими покрытиями, параллельные друг другу и образующие пространство [2].Also known is the insulated outer wall of double glazing, in particular for windows or building facades, containing an outer panel and an inner panel, with low-emission optical coatings deposited on their surface, parallel to each other and forming a space [2].

Недостатком известной теплоизолированной наружной стенки из двойного остекления является то, что она не обеспечивает, как заявлено, минимальное рассеивание энергии, требуемой для сохранения оптимальной температуры среды внутри помещения, так как наблюдаются значительные потери энергии при движении наружного воздуха за счет кондукции, то есть прямой передачи тепла, и конвекции, когда воздух, охлаждаясь от стен, опускается вниз, контактирует со стеклом или сдувается потоком набегающего холодного воздуха, особенно зимой, когда потоки холодного воздуха часто имеют значительную скорость движения.A disadvantage of the known thermally insulated double-glazed outer wall is that it does not provide, as stated, the minimum energy dissipation required to maintain the optimal indoor temperature, as significant energy losses are observed when the outdoor air moves due to conduction, i.e. direct transmission heat, and convection, when the air, cooling from the walls, goes down, comes into contact with the glass or is blown away by the flow of incoming cold air, especially in winter, when the flows are cold single air often have significant speed.

Целью изобретения является снижение теплопотерь, повышение эксплуатационных качеств теплоизолированных наружных стен, выполненных в виде теплосберегающих окон-стеклопакетов, обеспечение возможности их использования при больших перепадах температуры внутреннего и наружного воздуха и различных скоростях движения воздушного потока.The aim of the invention is to reduce heat loss, improve the performance of thermally insulated outer walls, made in the form of heat-saving windows, double-glazed windows, providing the possibility of their use with large changes in temperature of internal and external air and various speeds of the air flow.

Указанная цель достигается за счет использования теплосберегающего окна-стеклопакета, выполненного в виде теплоизолированной наружной стенки, которое оборудуется газодинамическим устройством в виде вихреобразователей потока, состоящих из барьеров-щитков, установленных под углом, и размещаются по периметру окна-стеклопакета на всю ширину и высоту окна.This goal is achieved through the use of a heat-saving window-double-glazed window, made in the form of a thermally insulated outer wall, which is equipped with a gas-dynamic device in the form of flow vortex generators, consisting of barriers-shields installed at an angle, and are placed along the perimeter of the double-glazed window for the entire width and height of the window .

При использовании обычных окон-стеклопакетов происходит рассеивание тепла наружу из помещений за счет кондукции и, в большей степени, конвекции, при обдуве стекол потоком воздуха, особенно имеющим большую скорость.When using ordinary double-glazed windows, heat is dissipated outward from the premises due to conduction and, to a greater extent, convection, when the glasses are blown with an air stream, especially at a high speed.

Установленные по периметру окон-стеклопакетов барьеры-щитки, действуя как вихреобразователи потока, увеличивают сопротивления при обтекании щитков воздухом за счет касательных напряжений, возникающих на твердой границе, и влиянием образующейся за щитками области вихревого течения, связанного с явлением отрыва пограничного слоя. При обтекании тела с резко меняющимся профилем поверхности отрыв пограничного слоя является следствием проявления инерции воздушных частиц в пределах пограничного слоя. За точкой отрыва пограничный слой трансформируется в отрывное течение, характеризуемое сильной неустойчивостью образующихся вихрей. Отдельные вихри, отрываясь от твердой поверхности, сносятся потоком, на их месте образуются новые вихри и т.д. Турбулентное перемешивание, знакопеременный градиент давления, изменение направления течения внутри этой области создают условия для непрерывного взаимодействия между отрывным течением и основным потоком. Однако вследствие замкнутости осредненных во времени линий тока в пределах рассматриваемой области теплообмен между ней и невозмущенным потоком невелик, что обеспечивает сохранение тепла на поверхности окна-стеклопакета. Кроме того, часть кинетической энергии воздушного потока теряется за счет трения внутри пограничного слоя, что снижает скорость обтекающего окно-стеклопакет воздушного потока и уменьшает потери тепла за счет принудительной конвекции. При повышении скорости воздушного потока турбулентность увеличивается, что также способствует снижению теплопотерь, наблюдающихся в обычных условиях эксплуатации. Это повышает эксплуатационные качества окна-стеклопакета, обеспечивает возможность его использования при больших перепадах температуры внутреннего и наружного воздуха и различных скоростях движения воздушного потока.Barrier-shields installed around the perimeter of double-glazed windows, acting as flow vortex generators, increase drag during airflow around shields due to shear stresses arising on the solid boundary and the influence of the vortex flow region formed behind the shields associated with the separation of the boundary layer. When a body flows around with a sharply changing surface profile, the separation of the boundary layer is a consequence of the inertia of air particles within the boundary layer. Beyond the separation point, the boundary layer transforms into a separated flow characterized by a strong instability of the resulting vortices. Separate eddies, breaking away from a solid surface, are carried away by a stream, new eddies are formed in their place, etc. Turbulent mixing, an alternating pressure gradient, and a change in the direction of the flow inside this region create conditions for continuous interaction between the separated flow and the main flow. However, due to the closure of time-averaged streamlines within the considered region, the heat exchange between it and the unperturbed flow is small, which ensures the conservation of heat on the surface of the double-glazed window. In addition, part of the kinetic energy of the air flow is lost due to friction inside the boundary layer, which reduces the speed of the air flow around the window-glass packet and reduces heat loss due to forced convection. With increasing air flow rate, turbulence increases, which also contributes to the reduction of heat loss observed under normal operating conditions. This improves the performance of a double-glazed window, makes it possible to use it at large temperature differences between indoor and outdoor air and various speeds of air flow.

Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники [3, 4, 5] не позволяет выявить в них признаки, сходные с заявленным теплосберегающим окном-стеклопакетом с газодинамическим устройством в виде вихреобразователей потока, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «существенные отличия».These differences allow us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of "novelty." Comparison of the claimed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in the given field of technology [3, 4, 5] does not reveal signs similar to the claimed heat-saving double-glazed window with a gas-dynamic device in the form of flow vortexes, which allows a conclusion on compliance with its criterion of "significant differences".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид теплосберегающего окна-стеклопакета с установленным газодинамическим устройством в виде вихреобразователей потока; на фиг. 2 показано теплосберегающее окно-стеклопакет по 1-1 на фиг. 1; на фиг. 3 показано теплосберегающее окно-стеклопакет по 2-2 на фиг. 1.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of a heat-saving window-glass with an installed gas-dynamic device in the form of flow vortex generators; in FIG. 2 shows a heat-saving double-glazed window according to 1-1 in FIG. one; in FIG. 3 shows a heat-saving double-glazed window according to 2-2 in FIG. one.

Теплосберегающее окно-стеклопакет в виде теплоизолированной наружной стенки из двойного остекления 1, в частности для окон или фасадов зданий, содержащее наружную панель 2 и внутреннюю панель 3, параллельные друг другу и образующие пространство 4, при этом панели объединены в стеклопакет 5, оснащенный газодинамическим устройством в виде вихреобразователей потока воздуха 8, состоящих из щитков-барьеров 6 и 7, установленных под углом - к наружной панели 3 в средней части окна 6 и к фасаду здания 9 по периметру окна 7, и размещаются по периметру окон-стеклопакетов 5 на всю ширину и высоту окна.A heat-saving double-glazed window in the form of a thermally insulated double glazed outer wall 1, in particular for windows or building facades, comprising an outer panel 2 and an inner panel 3 parallel to each other and forming space 4, the panels being combined into a double-glazed window 5 equipped with a gas-dynamic device in the form of air flow vortex generators 8, consisting of guard flaps 6 and 7, installed at an angle to the outer panel 3 in the middle part of the window 6 and to the facade of the building 9 around the perimeter of the window 7, and placed around the perimeter of the eye n-double-glazed windows 5 for the entire width and height of the window.

Функционирует теплосберегающее окно-стеклопакет следующим образом. После установки теплосберегающего окна-стеклопакета, оснащенного газодинамическим устройством в виде вихреобразователей потока, в качестве теплоизолированной наружной стенки в проеме окон или фасадов зданий он переходит в рабочее положение. При функционировании окна-стеклопакета в качестве теплоизолированной наружной стенки, установленные под углом - к наружной панели в средней части окна и к фасаду здания по периметру окна, барьеры-щитки, действуя как вихреобразователи потока, способствуют турбулентному перемешиванию потока воздуха движущегося вдоль окон-стеклопакетов, что увеличивает сопротивления при обтекании щитков воздухом за счет касательных напряжений, возникающих на твердой границе, и влиянием образующейся за щитками области вихревого течения, связанного с явлением отрыва пограничного слоя. Турбулентное перемешивание, знакопеременный градиент давления, изменение направления течения внутри этой области создают условия для непрерывного взаимодействия между отрывным течением и основным потоком. Вследствие замкнутости осредненных во времени линий тока в пределах рассматриваемой области теплообмен между ней и невозмущенным потоком невелик, что обеспечивает сохранение тепла на поверхности окна-стеклопакета. Кроме того, часть кинетической энергии воздушного потока теряется за счет трения внутри пограничного слоя, что снижает скорость обтекающего окно-стеклопакет воздушного потока и уменьшает потери тепла за счет принудительной конвекции. Это повышает эксплуатационные качества окна-стеклопакета, обеспечивает возможность их использования при больших перепадах температуры внутреннего и наружного воздуха и большой скорости воздушного потока. При изменении направления воздушного потока действуют другие составляющие вихреобразователя потока в виде барьеров-щитков, которые размещаются по периметру окон-стеклопакетов на всю ширину и высоту окна, что повышает надежность работы окна-стеклопакета, оснащенного газодинамическим устройством. При повышении скорости воздушного потока не наблюдается увеличения теплопотерь, которые происходят в обычных условиях эксплуатации, так как турбулентность воздушного потока возрастает, что способствует снижению теплопотерь.The heat-saving double-glazed window functions as follows. After installing a heat-saving window-double-glazed window, equipped with a gas-dynamic device in the form of flow swirls, as a heat-insulated outer wall in the opening of windows or building facades, it goes into working position. When a double-glazed window functions as a thermally insulated outer wall, installed at an angle to the outer panel in the middle part of the window and to the building facade along the window perimeter, the flap barriers, acting as flow vortex generators, promote turbulent mixing of the air flow moving along the double-glazed windows, which increases the resistance when air flows around the shields due to shear stresses arising on the solid boundary and the influence of the vortex flow region formed behind the shields associated with the separation of the boundary layer. Turbulent mixing, an alternating pressure gradient, and a change in the direction of the flow inside this region create conditions for continuous interaction between the separated flow and the main flow. Due to the closure of time-averaged streamlines within the considered region, the heat exchange between it and the unperturbed flow is small, which ensures heat conservation on the surface of the glass-pane window. In addition, part of the kinetic energy of the air flow is lost due to friction inside the boundary layer, which reduces the speed of the air flow around the window-glass packet and reduces heat loss due to forced convection. This improves the performance of a double-glazed window, and makes it possible to use them at large temperature differences between indoor and outdoor air and high air flow rates. When changing the direction of the air flow, other components of the flow vortex generator act in the form of barriers-shields, which are placed along the perimeter of the double-glazed windows over the entire width and height of the window, which increases the reliability of the double-glazed window equipped with a gas-dynamic device. With an increase in the air flow rate, there is no increase in heat loss that occurs under normal operating conditions, since the turbulence of the air flow increases, which helps to reduce heat loss.

Таким образом, установка в проемах окон или фасадов зданий теплоизолированных наружных стен, выполненных в виде теплосберегающих окон-стеклопакетов, оборудованных газодинамическим устройством в виде вихреобразователей потока, снижает теплопотери, повышает эксплуатационные качества теплоизолированных наружных стен, обеспечивает возможность их использования при больших перепадах температуры внутреннего и наружного воздуха и различных скоростях движения воздушного потока.Thus, the installation of heat-insulated outer walls in the openings of windows or facades of buildings, made in the form of heat-saving double-glazed windows, equipped with a gas-dynamic device in the form of flow vortex generators, reduces heat loss, improves the performance of heat-insulated external walls, provides the possibility of their use in case of large temperature drops of internal and outdoor air and various air speeds.

Источники информации:Information sources:

1. Сайт http://www.ru.wikipedia.org>wiki/Стеклопакет.1. Website http://www.ru.wikipedia.org> wiki / Double-glazed window.

2. Патент RU №2432329, 2006.01, МПК Е06В 3/66.2. Patent RU No. 2432329, 2006.01, IPC Е06В 3/66.

3. Патент RU 2448133, 2006.01, МПК C08L 83/04.3. Patent RU 2448133, 2006.01, IPC C08L 83/04.

4. Патент RU 2135723, 11.09.1998, МПК Е06В 3/24.4. Patent RU 2135723, 09/11/1998, IPC EB06 3/24.

5. Сайт http://www.stroybox.ru.5. Website http://www.stroybox.ru.

Claims

A heat-saving double-glazed window made in the form of a thermally insulated outer wall of double glazing, in particular for windows or building facades, comprising an outer panel and an inner panel, with low-emission optical coatings deposited on their surface, parallel to each other and forming a space, characterized in that is equipped with a gas-dynamic device in the form of flow vortexes, consisting of barriers-shields installed at an angle to the outer panel in the middle of the window and to the building’s facade the perimeter of the window, and are placed around the perimeter of the double-glazed window for the entire width and height of the window.