СТЕНОВОЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ОКОННЫХ ОБЛИЦОВОЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ Российский патент 1994 года по МПК E06B3/24 

Изобретение относится к строительству, а именно в оконных, стеновых, кровельных или подоконных стеновых конструкциях.

Известны конструкции стеновых элементов для оконных облицовочных панелей, содержащие прозрачные стекла, установленные с зазором друг относительно друга посредством распорной рамки с образованием теплоизолирующего слоя и закрепленные на створке, обеспечивающей их поворот на 180^о.

Недостатком известных конструкций является ограниченная эффективность преобразования солнечной энергии в тепловую.

Целью изобретения является выполнение фотоэлектрического элемента в качестве высокоизолирующих строительных элементов стен, причем применительно к спектру солнечного излучения, используя прозрачные теплоизоляционные среды, например объемы воздуха и теплоотражающие слои, которые в летний период должны располагаться со стороны помещения, а в период работы отопления - с внешней стороны.

На фиг.1-4 показано несколько форм исполнения соответствующего изобретению узла, поперечное сечение; на фиг.5 - вид сверху на следующую форму исполнения предлагаемого элемента; на фиг.6 - схема вращающегося окна, в составе которого используется предлагаемый узел; на фиг.7 - схема различных положений изображенного на фиг.6 вращающегося окна с целью пояснения его функции; на фиг.8 - частичное сечение следующей формы исполнения.

В случае изображенной на фиг. 1 формы исполнения оконный, стеновой, кровельный или подоконный стеновой элемент состоит из двух, расположенных на удалении друг от друга по принципу изолирующего стекла прозрачных стекол или пластин 1, 2, в частности стекол. Оба стекла 1, 2 совместно крепятся обычным образом с помощью имеющей в поперечном сечении U-образную форму рамы 3 с дистанционными держателями. На внутренней стороне стекла укреплен плоский или выполненный в форме пластины фотоэлектрический узел 4. На узле 4 расположено прозрачное стекло или пластина 5. Это стекло (или пластина) 5 оснащено на своей обращенной к стеклу 2 поверхности слоем 6 "LOW-E". И стекло 2 также содержит предпочтительно на своей обращенной к узлу 4 поверхности слой "LOW-E". Такой слой имеет предпочтительно коэффициент эмиссии порядка 0,06. Оставшееся пространство между стеклами 1, 2 образует теплоизоляционный слой 7 и заполнено воздухом или предпочтительно благородным газом. Теплоизоляционный слой 7 может быть образован также за счет откачивания воздуха из пространства между стеклами 1, 2. Стекло 1, узел 4 и стекло или пластина 5 скомбинированы между собой по принципу многослойного стекла.

В зависимости от цели использования элемента фотоэлектрический узел 4 изготавливается из различных материалов. Если элемент должен пропускать свет, то в этом случае используется предпочтительно аморфный полупроводниковый материал. Если элемент должен быть непрозрачным или допускать лишь незначительное пропускание света, фотоэлектрический узел состоит из поли- или монокристаллического полупроводникового материала. В частности, используется изотропный материал, в результате чего падение излучения на передней стороне обуславливает ту же производительность преобразования, что и на задней стороне.

Подробности фотоэлектрического узла не описываются в данном случае более подробно, так как этот элемент может быть в принципе выполнен обычным образом.

В случае изображенной на фиг.2 формы исполнения пространство между стеклами 1, 2 заполнено прозрачным структурным теплоизоляционным материалом. Такие материалы являются в принципе известными, например сотовые, камерные и капиллярные структурные материалы из поликарбоната, полистирола, полиамида или поливинилхлорида. Наиболее пригодным является материал, известный под наименованием "аэрогель". В остальном изображенная на фиг.2 форма исполнения соответствует форме исполнения по фиг.1.

В случае формы исполнения по фиг.3 и 4 фотоэлектрический узел 4 расположен с возможностью перемещения между двумя стеклами 1, 2, которые с внутренней стороны оснащены уменьшающим эмиссию слоем 6 "LOW-E". С помощью соответствующего устройства управления фотоэлектрический узел 4, который в случае этой формы исполнения оснащен предпочтительно на обеих сторонах слоем "LOW-E", может выборочно переводиться в состояние соприкосновения с внутренней стороной одного или другого стекла 1, 2 и прилегать к нему. В случае формы исполнения по фиг.3 для этой цели предусмотрены направляющие штанги 8, которые проходят поперечно относительно фотоэлектрического узла 4. В случае формы исполнения по фиг.4 фотоэлектрический узел 4 оснащен гибким краевым зажимом 9, с помощью внешнего края которого он укреплен в раме 3 с дистанционными держателями. При этой форме исполнения фотоэлектрический узел может представлять собой в целом гибкую пленку. Она разделяет между стеклами 1, 2 две камеры, при выборочном нагружении которых средой или удалении среды из них фотоэлектрический узел может перемещаться между двумя стеклами 1, 2 и прилегать к внутренней поверхности соответствующего стекла.

В случае изображенной на фиг.5 формы исполнения элемент оснащен фотоэлектрическим узлом не по всей поверхности, а в форме горизонтальных полос 10.

Фиг.6 показывает предпочтительное использование соответствующего изобретению элемента по какой-либо из описанных форм исполнения в составе окна, которое за счет вращения одной створки может поворачиваться вокруг центральной вертикальной оси на 180^о. Фиг.7 схематически показывает поворот створки окна на 180^о за счет линейно-поступательного смещения одной из боковых осей.

Предметом изобретения является, кроме того, схематически изображенный на фиг.8 оконный, стенной, кровельный или подоконный стеновой элемент. Этот элемент выполнен в принципе таким же образом, как это показано для формы исполнения на фиг. 3, однако отличается дополнительной особенностью, заключающейся в том, что узел 4 помимо изображенных штриховой линией концевых положений с прилеганием к внутренней стороне стекол 1 или 2 может занимать промежуточные положения, в частности центральное положение, в котором он разделяет образованное между стеклами 1, 2 пространство на две раздельных, имеющих приблизительно одинаковый размер камеры. Поступательная регулировка узла 4 может осуществляться, например, с помощью шпиндельного привода 11, который показан на фиг.3. На внешнем периметре узел 4 соприкасается с уплотнением своими краями с уплотнительной полосой 10, выполненной из упругого материала. Расположенные по обе стороны от узла 4 камеры являются, таким образом, герметически отделенными друг от друга. Узел 4 может, но не обязательно должен представлять собой фотоэлектрический узел. Речь может идти также с поглощающей излучение в спектральном диапазоне солнечного излучения пластине, которая является в основном предпочтительно прозрачной для видимого света. Узел 4 предпочтительно оснащен по обеим сторонам слоем 6, уменьшающим эмиссию. Расстояние между стеклами 1, 2 составляет около 30 мм.

Элемент по изображенной на фиг.3 форме исполнения отличается регулируемой величине К, под которой понимают тепловой переход через элемент в Вт/м²/К. Состоящий из двух стекол элемент с изолирующим стеклом обеспечивает достижение величин К до 1,3 Вт/м²/К. В принципе при использовании изолирующих стекол величину К можно увеличить за счет увеличения расстояния между стеклами. Увеличение расстояния между стеклами на величину свыше 15 мм не ведет, однако, к дальнейшему уменьшению величины К, так как возрастающее с увеличением толщины слоя воздуха или благородного газа тепловое сопротивление вновь устраняется в результате увеличения теплопередачи на основании конвекции.

В случае увеличения расстояния между стеклами 1, 2 до приблизительно 30 мм достигается существенное уменьшение величины К приблизительно до 0,8 Вт/м²/К, так как узел 4 - при условии его расположения в центре между стеклами 1, 2 - ограничивает две камеры толщиной приблизительно по 15 мм. В этом положении узла 4 элемент проявляет себя аналогично содержащему три стекла элементу с изолирующим стеклом с расстоянием между стеклами 15 мм.

Позиционирование узла 4 может управляться с помощью управляющего механизма в зависимости от таких параметров, как температура внутри помещения, внешняя температура, поступление излучения извне и погодные условия. В ночное время или во время поступления незначительного количества излучения узел 4 переводится в среднее положение, показанное на фиг.8. В течение отопительного периода узел 4, при условии наличия полезного солнечного излучения, переводится в соприкосновение с внутренней стороной обращенного к внутреннему пространству здания стекла. Если в течение летнего периода необходимо уменьшить проникновение солнечного излучения во внутреннее пространство здания, то в этом случае узел 4 переводится в положение прилегания к внутренней стороне стекла, которое обращено от внутреннего пространства здания.

Уменьшающий эмиссию слой 6, который присутствует в случае всех описанных форм исполнения также на внутренней стороне обращенных к внутреннему пространству здания стекол, используется в качестве электрического нагревательного сопротивления. Наиболее распространенные слои "LOW-E" имеют омическое поверхностное сопротивление, составляющее порядка нескольких Ом на квадратный метр, в результате чего с целью нагрева могут прикладываться питающие напряжения, которые соответствуют по величине переменному сетевому напряжению и могут быть выработаны также посредством последовательного включения большого количества фотоэлектрических элементов. По этой причине предусматривается использование выработанного фотоэлектрическим узлом 4 электрического напряжения для запитывания электрического нагревательного сопротивления, которое образовано уменьшающим эмиссию слоем на внутренней стороне обращенного к внутреннему пространству помещения стекла. Особенность этой формы использования электрической энергии, выработанной фотоэлектрическим узлом 4, заключается в том, что обращенное к внутреннему пространству помещения стекло может быть нагрето с помощью дополнительного обогрева до температуры, которая приблизительно идентична температуре в помещении. В этом случае возникают следующие преимущества: отсутствует необходимость в использовании дополнительного нагревательного элемента.

Если обращенное к внутреннему пространству здания стекло уже нагрето солнечными лучами до комнатной температуры и выше или, если фотоэлектрический узел 4 вырабатывает на протяжении дня больше энергии, чем это необходимо для нагрева стекла до комнатной температуры, то в этом случае с помощью пригодной, управляемой по температуре системы регулирования избыточная энергия может накапливаться в аккумуляторе с целью ее последующего использования в периоды с недостаточным солнечным излучением, в частности в ночное время.

Кроме того, предусмотрено запитывание содержащегося в элементе стекол электрического нагревательного сопротивления от сети переменного тока в периоды недостаточного солнечного излучения и в ночное время во время отопительного периода. В этом случае предпочтительным оказывается использование существующего резистивного нагревательного устройства за счет приложения более высоких температур в целях обогрева помещения, т.е. например в целях компенсации потерь, обусловленных работой системы вентиляции. За счет этого достигается экономия средств и площади, которые необходимы для эксплуатации отопительной системы, которая должна постоянно дополнительно использоваться также при высокой степени использования солнечной энергии, и к тому же достигается комфорт использования охватывающего большую площадь гибкого обогрева с помощью излучения. В этом случае весьма рациональным в энергетическом отношении образом запитывание от сети могло бы использоваться в компенсационных целях по мере необходимости одновременно с использованием поступающей энергии солнечного излучения.

Использование: в строительстве, а именно в оконных, стеновых, кровельных или подоконных стеновых конструкциях. Сущность изобретения: стеновой элемент состоит из двух собранных по принципу многослойного стекла стекол, образованного между этими стеклами теплоизоляционного слоя, например слоя воздуха или благородного газа, и расположенного между стеклом и теплоизоляционным слоем поверхностного фотоэлектрического узла, который может быть выполнен из прозрачного полупроводникового материала. За счет такого исполнения элемента солнечная энергия может в соответствии с ее спектральным распределением оптимально использоваться в качестве световой и тепловой энергии, а также после преобразования с помощью фотоэлектрического элемента - также в качестве электрической энергии. 17 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. СТЕНОВОЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ОКОННЫХ ОБЛИЦОВОЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ, содержащий прозрачные стекла, установленные с зазором относительно друг друга посредством распорной рамки с образованием теплоизолирующего слоя и закрепленные на створке, обеспечивающей их поворот на 180^o, отличающийся тем, что он снабжен закрепленным на одном из стекол плоским фотоэлектрическим узлом с нанесенным на его поверхность со стороны межстекольного пространства низкоэмиссионным покрытием. 2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что плоский фотоэлектрический узел на обращенной к стеклу стороне снабжен низкоэмиссионным покрытием. 3. Элемент по п.1, отличающийся тем, что плоский фотоэлектрический узел выполнен из поли- или монокристаллического полупроводникового материала. 4. Элемент по п.1, отличающийся тем, что плоский фотоэлектрический узел выполнен из аморфного полупроводникового материала. 5. Элемент по п.1, отличающийся тем, что теплоизолирующий слой заполнен газовой средой. 6. Элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве теплоизолирующего слоя использовано вакуумированное пространство. 7. Элемент по п.1, отличающийся тем, что теплоизолирующий слой образован в виде заполнения из прозрачного материала с незначительной теплопроводностью. 8. Элемент по п.7, отличающийся тем, что материал заполнения имеет капиллярную структуру. 9. Элемент по п.1, отличающийся тем, что плоский фотоэлектрический узел закреплен на стекле посредством прозрачной клеящей пленки, помещенной между соединяемыми деталями. 10. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что плоский фотоэлектрический узел в виде горизонтальных полос закреплен на части поверхности стекла. 11. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что плоский фотоэлектрический узел с низкоэмиссионным покрытием с обеих сторон, установленным в середине между стеклами с возможностью плоского соприкосновения с одним из стекол. 12. Элемент по п.11, отличающийся тем, что плоский фотоэлектрический узел помещен посередине между стеклами и снабжен приводом для управления им. 13. Элемент по п.10, отличающийся тем, что фотоэлектрический узел установлен между стеклами с помощью гибкой подвески. 14. Элемент по п.13, отличающийся тем, что кромки фотоэлектрического узла герметично связаны с рамкой через уплотняющую полосу, выполненную из эластичного материала. 15. Элемент по п.14, отличающийся тем, что поверхность одного из стекол, обращенная в межстекольное пространство, имеет металлическое низкоэмиссионное покрытие, образующее плоское нагревательное сопротивление. 16. Элемент по п.15, отличающийся тем, что фотоэлектрический узел подключен к плоскому нагревательному сопротивлению. 17. Элемент по пп. 15 и 16, отличающийся тем, что плоский фотоэлектрический узел подключен к аккумулятору электрической энергии. 18. Элемент по пп. 15 - 17, отличающийся тем, что фотоэлектрический узел подключен к системе электропитания здания.