Панель солнечного отопления здания

 

Использование: в строительной гелиотехнике. Сущность изобретения: панель солнечного отопления содержит лицевую обшивку 1 с оптическими линзами 2, концентрирующими солнечный свет на торцах теплопроводных стержней 4, соединенных с приемником тепловой энергии в виде теплоаккумулирующего слоя. Особенностью панели солнечного отопления является выполнение приемника тепловой энергии в виде теплоаккумулирующего слоя из плотного бетона 5 с мелкозернистым и дисперсным армированием и размещение между лицевой обшивкой и теплоаккумулирующим слоем теплоизоляции из легкого бетона 7. В слое легкого бетона между оптическими линзами и торцами теплопроводных стержней выполнены конические полости. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к строительной гелиотехнике и предназначено для строительства зданий и сооружений с обогревом солнечной радиации.

Известна стеновая панель, предназначенная для отопления зданий, содержащая последовательно установленные слои: передний слой - проницаемый для теплового излучения, поглощающий слой, изолирующий слой, выполненный в виде емкости из пористого материала с жидким наполнителем и расположенный на поверхности стены.

Известная стеновая панель имеет ограниченное применение в строительстве из-за сложности герметизации изолирующего слоя.

Известна панель солнечного отопления, принятая в качестве прототипа и содержащая лицевую обшивку с закрепленными в ней оптическими линзами, приемник тепловой энергии, расположенный на некотором расстоянии от обшивки, теплопроводные стержни, установленные так, что торцы одной из сторон находятся в фокальных зонах линз, а другой контактируют с приемником, и утеплитель, расположенный над приемником.

Известная панель имеет ограниченное применение в строительстве, так как не может воспринимать нагрузку от других конструктивных элементов здания.

Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в повышении несущей способности панели солнечного отопления, что позволит использовать ее как конструктивный элемент стенового ограждения здания.

Поставленная цель достигается тем, что в панели солнечного отопления, содержащей лицевую обшивку с установленными в ней оптическими линзами, приемник тепловой энергии, который расположен на некотором расстоянии от обшивки, теплопроводные стержни, заключенные в слой теплоизоляции и установленные так, что торцы одной из сторон находятся в фокальных зонах линз, а другой контактируют с приемником, и воздушные полости между торцами теплопроводных стержней и соответствующих им линз, слой теплоизоляции выполнен из легкого бетона с пористым наполнителем, заполняющего пространство между лицевой обшивкой и приемником тепловой энергии, воздушные полости выполнены в виде усеченных конусов, обращенных большими основаниями к оптическим линзам и малыми к торцам теплопроводных стержней, а приемник - из плотного бетона с мелкозернистым наполнителем и дисперсным армированием и служит теплоаккумулирующей и теплопередающей стенкой панели.

Кроме того, в панели солнечного отопления в зоне контакта плотного бетона с теплопроводным стержнем размещено дополнительное дисперсное армирование.

Лицевая обшивка панели солнечного отопления может быть выполнена с параллельными выступами, одна из полок которых расположена под углом к плоскости панели, а оптические линзы установлены в наклонной полке выступа.

Такая конструкция панели солнечного отопления дает возможность создать монолитную жесткую бетонную панель, аналогичную типовым строительным конструкциям, так как все силовые элементы панели жестко соединены между собой. Использование легкого бетона с пористым наполнителем обеспечивает теплоизолирующие параметры панели при ее высокой несущей способности. Наличие конических полостей в слое легкого бетона обеспечивает передачу лучистой энергии с минимальными потерями к торцам теплопроводных стержней и ограничивает обратные конвективные тепловые потоки между теплопроводными стержнями и лицевой обшивкой панели. Выполнение теплоаккумулирующей стенки из плотного бетона с дисперсным армированием дает возможность не только равномерно распределить тепловой поток на внутренней поверхности панели, но и обеспечивает ее прочность и жесткость. Хорошее соединение слоев легкого и плотного бетона гарантирует высокую несущую способность панели солнечного отопления как конструктивного элемента здания.

Размещение дополнительного дисперсного армирования в зоне контакта теплопроводных стержней с плотным бетоном позволит улучшить теплоотвод от теплопроводных стержней в теплоаккумулирующий слой и повысит прочность бетона в зоне наибольших тепловых потоков.

Параллельные выступы лицевой обшивки и расположение в их наклонных гранях оптических линз дают возможность оптимизировать использование солнечной энергии в зависимости от региона строительства и, кроме того, повышают жесткость полученной конструкции.

Изобретение применимо в строительстве жилых зданий и объектов другого назначения.

На фиг. 1 представлен продольный разрез панели солнечного отопления с плоской лицевой обшивкой; на фиг. 2 - панель солнечного отопления с параллельными выступами лицевой обшивки; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1 (зона контакта слоя плотного бетона с теплопроводными стержнями).

Панель солнечного отопления включает лицевую обшивку 1, которая может быть выполнена из любого приемлемого материала: металла, пластики, керамики. В лицевой панели установлены оптические линзы 2, концентрирующие солнечную радиацию на торцах 3 теплопроводных стержней 4. Теплопроводные стержни 4 изготавливают из высокопроводных металлов: меди, алюминия, железа и т. д. Торцы 3 теплопроводных стержней расположены в фокальных зонах линз 2. Теплопроводные стержни 4 соединены со слоем плотного бетона 5 на мелком заполнителе, являющегося теплоаккумулятором. Для этих целей можно использовать бетон класса В-10 с плотностью до 2500 кг/м³, используя в качестве наполнителя крупнозернистый песок. Слой плотного бетона 5 выполнен с дисперсным армированием 6 в виде проволочной обрези, металлической стружки и опилок. Полость между лицевой обшивкой 1 и слоем плотного бетона 5 заполнена слоем теплоизоляции в виде легкого бетона 7 с пористым наполнителем. Для этих целей используют легкий бетон класса В-5 с керамзитовым наполнителем. В слое легкого бетона 7 образованы воздушные полости 8 по форме усеченного конуса. Большое основание усеченного конуса обращено к линзе, а малое - к торцу теплопроводного элемента. Теплопроводные стержни 4 заключены в слой теплоизоляции и в конические воздушные каналы выступают только их торцы 3. Толщина слоев легкого и плотного бетона, а также размеры оптических линз определяются теплотехническими расчетами.

Панель солнечного отопления может быть выполнена с параллельными выступами 9 на лицевой обшивке 1. Полка 10 выступа 9 выполнена наклонной к плоскости панели. Оптические линзы 2 установлены в наклонной полке 10. Для вертикальных панелей это будет верхняя полка выступа, а для горизонтальных панелей - наклонная полка выступа. Конкретные углы наклона полки определяются расчетом с учетом региона строительства и высоты подъема Солнца над горизонтом.

Дисперсное армирование 6 в основном равномерно распределено в слое плотного бетона, но для улучшения характеристик панели солнечного отопления в зоне 11 контакта плотного бетона с теплопроводными элементами размещено дополнительное дисперсное армирование, контактирующее с теплопроводными стержнями. Дополнительное дисперсное армирование можно осуществить, частично намотав на теплопроводный стержень проволочную обрезь 12, как это показано на фиг. 3.

Вся панель солнечного отопления по контуру заключена в силовой каркас 13, снабженный узлами крепления (на чертежах не показаны) для монтажа панели на несущих конструкциях здания или для соединения панелей между собой.

Панель солнечного отопления работает следующим образом. Солнечные лучи, попав на оптические линзы 2, фокусируются ими на торцах 3 теплопроводных стержней 4 и нагревают их. Тепло передается вдоль теплопроводных стержней к слою плотного бетона 5, аккумулируется в нем и передается от него непосредственно в здание. Все элементы панели солнечного отопления жестко соединены между собой, образуя монолитную конструкцию, способную воспринимать действующую на нее нагрузку аналогично типовым панелям ограждения здания.

Элементы конструкции панели солнечного отопления: теплопроводные стержни, дополнительное дисперсное армирование, обеспечивающие передачу энергии солнечной радиации в теплоаккумулирующий слой, включены в силовую схему панели, что повышает ее несущую способность. Воздушные каналы имеют коническую форму, занимают малый объем и не оказывают существенного влияния на несущую способность панели солнечного отопления.

Это позволит использовать панель солнечного отопления непосредственно в конструкции стенового ограждения здания и строить дома и сооружения с обогревом солнечной радиацией.

Формула изобретения

1. ПАНЕЛЬ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЯ, содержащая лицевую обшивку с установленными в ней оптическими линзами, приемник энергии, расположенный с зазором относительно обшивки, теплопроводные стержни, одними торцами установленные в фокальных зонах линз, а другими - контактирующие с приемником, и слой теплоизоляции, расположенный над приемником, отличающаяся тем, что в слое теплоизоляции, заполняющем зазор между приемником и лицевой обшивкой, выполнены конические полости, большими основаниями обращенные к линзам, а меньшими - к теплопроводным стержням, слой теплоизоляции выполнен из легкого бетона с пористым наполнителем, а приемник - из плотного бетона с мелкозернистым наполнителем и дисперсным армированием и служит теплоаккумулирующей и теплопередающей стенкой здания.

2. Панель по п. 1, отличающаяся тем, что в приемнике размещено дополнительное дисперсное армирование, контактирующее с теплопроводными элементами.

3. Панель по п. 1, отличающаяся тем, что лицевая обшивка выполнена с параллельными выступами, одна полка которых расположена под углом к плоскости панели, при этом линзы установлены в наклонных полках выступов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3