Панель солнечного отопления здания
Изобретение относится к строительной гелиотехнике и предназначено для использования при строительстве зданий и сооружений с обогревом за счет солнечной радиации. В стеновой панели солнечного отопления здания лицевая обшивка панели выполнена из стекла, приемник тепловой энергии - двухслойным, внешний его слой выполнен в виде металлической пластины с шероховатой лицевой поверхностью, окрашенной в темный цвет, а внутренний слой - из тяжелого бетона, между стеклом и теплоприемником имеется герметичная воздушная камера, а задняя стенка панели выполнена двухслойной с вертикальным воздушным каналом между ними, внутренний слой из тяжелого бетона является теплоаккумулятором, наружный слой, обращенный внутрь помещения, является декоративным, а в нижней и верхней частях воздушного канала выполнены дефлекторы для регулирования воздушного теплового потока. Технический результат достигается за счет использования парникового эффекта в воздушной камере между стеклом и приемником тепловой энергии и устройства вентиляционного канала у внутренней поверхности панели с возможностью отвода воздушного потока наружу здания. 1 ил.
Изобретение относится к строительной гелиотехнике и предназначено для использования при строительстве зданий и сооружений с обогревом за счет солнечной радиации.
Известна стеновая панель солнечного отопления здания (патент РФ №2011933, Кл.5 F 24 J 2/08, 1994), содержащая лицевую обшивку с установленными в ней оптическими линзами, приемник тепловой энергии, выполненный из тяжелого бетона с мелкозернистым заполнителем и дисперсным армированием, расположенный с зазором относительно обшивки и служащий теплоаккумулирующей и теплопередающей стенкой здания, теплопроводные стержни, установленные одними торцами в фокальных зонах линз, а другими - контактирующими с приемником, и слой теплоизоляции из легкого бетона с пористым заполнителем, расположенный над приемником и заполняющий зазор между приемником и лицевой обшивкой, в котором выполнены воздушные конические полости, большими основаниями обращенные к линзам, а меньшими - к теплопроводным стержням.
Известная стеновая панель имеет ограниченное применение в строительстве, так как в жаркие дни летнего периода в помещение передается излишне большой поток тепловой энергии, создавая условия дискомфорта.
Известна также стеновая панель солнечного отопления здания (патент РФ №2191328, Кл.5 F 24 J 2/08, 2002), имеющая конструкционные признаки, полностью соответствующие предыдущему аналогу, у которой теплопроводные элементы выполнены в виде съемных тепловых трубок с односторонней теплопроводимостью, установленных в направляющие гильзы наклонно к горизонту, а приемник тепловой энергии имеет гнезда из теплоемкого материала.
Недостаток этой стеновой панели при их массовом изготовлении заключается в высокой стоимости оптических линз и большой трудоемкости по перестановке теплопроводных элементов в межсезонный период.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в снижении стоимости стеновой панели и упрощении регулирования исходящих от нее тепловых потоков при эксплуатации зданий.
Поставленная цель достигается тем, что в стеновой панели солнечного отопления здания, содержащей лицевую обшивку с приемником тепловой энергии, выполненным из тяжелого бетона с мелкозернистым заполнителем и дисперсным армированием, расположенным с зазором относительно лицевой поверхности обшивки и служащим теплоаккумулирующей и теплопередающей стенкой здания, теплопроводные элементы в виде тепловых трубок с односторонней теплопроводностью, установленные наклонно в специальные гнезда повышенной теплопроводности нижними торцами в зоне теплоприема, а верхними в зоне аккумулирования тепла, слой теплоизоляции из легкого бетона с пористым заполнителем, расположенный в средней части панели между приемником тепловой энергии и теплоаккумулятором, согласно изобретению, лицевая обшивка панели выполнена из стекла, приемник тепловой энергии двухслойным, внешний его слой выполнен в виде металлической пластины с шероховатой лицевой поверхностью, окрашенной в темный цвет, а внутренний из тяжелого бетона, между стеклом и приемником тепловой энергии имеется герметичная воздушная камера, задняя стенка панели выполнена двухслойной с вертикальным воздушным каналом между ними, внутренний слой из тяжелого бетона является теплоаккумулятором, наружный слой, обращенный внутрь помещения, является декоративным, а в нижней и верхней частях воздушного канала выполнены дефлекторы для регулирования воздушного теплового потока.
Такая конструкция стеновой панели солнечного отопления является более дешевой за счет отказа от применения дорогостоящих фокусирующих линз и дает возможность регулирования мощности теплового потока, поступающего внутрь помещения, путем отведения воздушного теплового потока в теплое время года через вентиляционные устройства, которые могут работать в режиме естественной и принудительной вентиляции.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен поперечный разрезы панели солнечного отопления. Панель солнечного отопления включает каркас 1, обрамляющий ее внешний контур, лицевую стеклянную обшивку 2, и приемник тепловой энергии, выполненный двухслойным из металлической теплоприемной пластины 4 с шероховатой внешней поверхностью, окрашенной в темный цвет, и слоем 5 из тяжелого бетона. Между стеклом и металлической пластиной выполнен воздушный зазор, образуя герметичную воздушную камеру 3. Вплотную к металлической пластине с внутренней стороны панели прилегает слой 5 из тяжелого бетона с дисперсным армированием. Тепловые трубки с односторонней теплопроводностью 6 вставлены в гильзы 7 и соединяют через гнезда 8 и 9 повышенной теплопроводности, пластины 4, слой 5 и теплоаккумулирующий слой 10 панели. Пространство между приемником тепловой энергии и теплоаккумулятором заполнено легким бетоном 13 с пористым заполнителем. Внутренняя поверхность панели выполнена в виде декоративного слоя 12 с воздушным каналом 11, отделяющим его от теплоаккумулятора. На входе и выходе воздушного канала между слоями 10 и 12 панели выполнены дефлекторы 14.
Каркас 1 панели может быть выполнен из любого приемлемого по технологическим соображениям материала: металла, дерева, пластмассы и др. Он снабжен узлами крепления (на чертеже не показаны) для монтажа панели на несущие конструкции здания или для соединения панелей между собой.
Марку стекла лицевой обшивки 2 и его толщину назначают, исходя из размеров панели, требований прозрачности, прочности и долговечности. Приемник тепловой энергии - панель 4 выполняют из металла с высокой теплоемкостью и теплопроводностью, например из стали, меди или металлических сплавов. Лицевую поверхность приемника тепловой энергии выполняют шероховатой и окрашивают в темный цвет с целью обеспечения лучшего теплоприема солнечной энергии. Воздушную камеру 3 между стеклом и металлической пластиной выполняют герметичной с целью наилучшего использования парникового эффекта. С внутренней стороны приемника тепловой энергии выполняют слой 5 из тяжелого бетона, который одновременно выполняет функции приемника тепловой энергии и теплоаккумулятора. Для этих целей можно использовать бетон класса В-10 с плотностью до 2500 кг/м 3, применяя в качестве заполнителя крупнозернистый песок. Этот слой тяжелого бетона дисперсно армируют проволочной обрезью, металлическими стружками или опилками для увеличения его теплоемкости. Также выполняют и слой 10 теплоаккумулятора у внутренней поверхности панели. Толщина слоев 5 и 10 определяется путем теплотехнического и прочностного расчетов.
Тепловая энергия от приемника тепловой энергии к теплоаккумулятору передается с помощью тепловых трубок 6 с односторонней проводимостью, которые устанавливают наклонно в специальные гильзы 7. Угол наклона тепловых трубок к горизонту назначают, исходя из возможностей, предоставляемых конструктивной схемой панели, поскольку максимальный коэффициент теплопередачи у них достигается в вертикальном положении. Гильзы 7 необходимы для обеспечения возможности замены тепловых трубок в случае их выхода из строя во время эксплуатации. Концы трубок закрепляются в гнездах 8 и 9, обладающих повышенной теплопроводностью.
Пространство между приемником тепловой энергии: пластиной 4 и слоем 5 и слоем 10 теплоаккумулятора заполняют слоем 13 легкого бетона на пористом заполнителе, который выполняет роль теплоизолятора. Для этих целей используют легкий бетон класса В-5, например, с керамзитовым заполнителем. Толщина слоя легкого бетона определяется теплотехническим расчетом.
Внутреннюю поверхность панели, обращенную в помещение, выполняют из какого-либо декоративного материала, способного передавать тепло от воздушного потока в канале 11 внутрь помещения.
Панель солнечного отопления работает следующим образом. Солнечные лучи, проходя через стекло 2 и воздушный зазор камеры 3, падают на затемненную шероховатую поверхность приемника тепловой энергии (4, 5). Часть тепловой энергии сразу же поглощается приемником тепловой энергии. В связи с герметизацией воздушной камеры 3 в ней возникает парниковый эффект, и температура воздуха повышается, нагревая дополнительно металлическую пластину 4 приемника тепловой энергии. Тепловая энергия от металлической пластины 4 передается через контактную поверхность слою 5 тяжелого бетона, в котором она накапливается. Далее тепловая энергия через тепловые трубки 6 с односторонней теплопроводностью и гнезда 7, 9 передается к слою 10 тяжелого бетона на внутренней поверхности панели, аккумулируется в нем и передается через внутреннюю поверхность этого слоя и воздушный канал 11 к декоративному слою 12, передающим тепло непосредственно в здание.
Все элементы панели солнечного отопления жестко соединены между собой, образуя монолитную конструкцию, способную воспринимать действующую на нее нагрузку аналогично типовым панелям стенового ограждения зданий.
В случае необходимости уменьшения теплового потока внутрь помещения открывают вентиляционные дефлекторы 14 и нагретый воздух в воздушном канале естественным путем или принудительно выводится наружу. За счет поступления свежего воздуха более низкой температуры происходит охлаждение поверхности теплоаккумулятора.
Изобретение применимо при строительстве гражданских и промышленных зданий различного назначения.
Таким образом, технический результат достигается за счет использования парникового эффекта в воздушной камере между стеклом и теплоприемником и устройства вентиляционного канала у внутренней поверхности панели с возможностью отвода воздушного потока наружу здания.
Формула изобретения
Стеновая панель солнечного отопления здания, содержащая лицевую обшивку с приемником тепловой энергии, выполненным из тяжелого бетона с мелкозернистым заполнителем и дисперсным армированием, расположенным с зазором относительно лицевой поверхности обшивки и служащим теплоаккумулирующей и теплопередающей стенкой здания, теплопроводные элементы в виде тепловых трубок с односторонней теплопроводностью, установленные наклонно в специальные гнезда повышенной теплопроводности нижними торцами в зоне теплоприема, а верхними - в зоне аккумулирования тепла, слой теплоизоляции из легкого бетона с пористым заполнителем, расположенный в средней части панели между приемником тепловой энергии и теплоаккумулятором, отличающаяся тем, что лицевая обшивка панели выполнена из стекла, приемник тепловой энергии - двухслойным, внешний его слой выполнен в виде металлической пластины с шероховатой лицевой поверхностью, окрашенной в темный цвет, а внутренний - из тяжелого бетона, между стеклом и приемником тепловой энергии имеется герметичная воздушная камера, задняя стенка панели выполнена двухслойной с вертикальным воздушным каналом между ними, внутренний слой из тяжелого бетона является теплоаккумулятором, наружный слой, обращенный внутрь помещения, является декоративным, а в нижней и верхней частях воздушного канала выполнены дефлекторы для регулирования воздушного теплового потока.
РИСУНКИ
