ОГРАЖДАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ С СОЛНЕЧНЫМ КОЛЛЕКТОРОМ Российский патент 1998 года по МПК E04B2/14 

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкции ограждающих элементов с солнечным коллектором, и может быть использовано в строительстве различных отапливаемых зданий, преимущественно сельскохозяйственных.

Известен ограждающий элемент с солнечным коллектором (см. экономический патент ГДР N 252634 МКЛ E 04 C 1/06, 1987), содержащий герметичные воздушные наклонные щели по его высоте, восходящие от наружной к внутренней поверхности элемента.

Недостатками являются низкие теплотехнические свойства герметической воздушной наклонной щели из-за отсутствия возможности использования диффузионного эффекта, турбулизации движущихся и соприкасающихся восходящих и нисходящих потоков.

Известен ограждающий элемент с солнечным коллектором (см. а.с. 1652486 МКИ E 04 B 2/14, 1991 Бюл. N 20), содержащий герметичные воздушные наклонные щели по его высоте, восходящие от наружной к внутренней поверхности элемента, и имеющие переменное сечение, уменьшающиеся к внутренней поверхности.

Недостатками являются невысокие теплотехнические свойства герметичной воздушной наклонной щели, снижение которых обусловлено появлением в процессе теплообмена застойных зон в области стыка низких и высоких поверхностей наклонной щели.

В основу изобретения поставлена задача повышения теплотехнических качеств ограждающего элемента с солнечным коллектором путем устранения застойных зон с низкой интенсивностью теплообмена в стыках между поверхностями герметичных воздушных наклонных щелей по длине переменного поперечного сечения.

Поставленная задача решается тем, что ограждающий элемент с солнечным коллектором и герметичными воздушными наклонными щелями по его высоте, восходящими от наружной к внутренней поверхности элемента и имеющими переменное сечение, которое уменьшается к внутренней поверхности, имеет на нижней и верхней наклонных поверхностях криволинейные винтообразные канавки, расположенные в зоне длины стыков, связывающих большее и меньшее сечения.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема ограждающего элемента с солнечным коллектором.

На фиг. 2 изображен вид А-А - нижняя наклонная поверхность воздушной наклонной щели; на фиг. 3 изображен вид В-В - верхняя наклонная поверхность воздушной наклонной щели.

Элемент состоит из несущего 1 и внутреннего 2 слоев солнечного коллектора в виде экрана 3, связанного с несущим слоем 1, изоляционного слоя 4, находящегося между слоями 1 и 2, размещенной в изоляционном слое 4 герметичной воздушной наклонной щели 5, в которой нижняя вертикальная поверхность 6 соприкасается с внутренней поверхностью несущего слоя 1, обращенного к холодной среде, а верхняя вертикальная поверхность 7 щели 5 соприкасается с внутренней поверхностью слоя 2, обращенного к теплой среде, при этом на нижней 8 (вид А-А) и на верхней 9 (вид B-B) наклонных поверхностях герметичной воздушной щели 5, в зоне стыка с боковыми ее поверхностями выполнены криволинейные винтообразные канавки 10, кроме того, в наклонной герметичной воздушной щели 5 при теплообмене образуется циркуляционный с микрозавихрениями контур 11 и с восходящим 12 и нисходящим 13 потоками.

Теплообмен при эксплуатации ограждающего элемента с солнечным коллектором осуществляется следующим образом.

При низких температурах окружающей среды и высокой солнечной радиации несущий слой 1 интенсивно нагревается под воздействием солнечного тепла, поступающего через коллектор, выполненный в виде экрана 3 из селективно пропускающего материала, например силикатного стекла. В результате нагревается часть воздуха наклонной герметичной воздушной щели 5, контактирующей с нижней вертикальной поверхностью 6 герметичной воздушной наклонной щели 5. Изменение плотности воздуха в герметичной воздушной наклонной щели 5 приводит к образованию конвективного теплообмена, где преимущественно тепло передается конвекцией, так как лучистый теплообмен между вертикальными поверхностями 6 и 7 незначителен вследствие их взаимного смещения в пространстве.

Передача тепла конвекцией при прогреве воздуха, прилегающего к нижней вертикальной поверхности 6, наклонной герметичной воздушной наклонной щели 5 осуществляется за счет образования циркуляционного контура 11 с восходящим 12 и нисходящим 13 потоками. При этом, размещенные в зоне длины стыков, связывающих большие и меньшие поперечные сечения, криволинейные винтообразные канавки 10 образуют при движении восходящего 12 и нисходящего 13 потоков микрозавихрения, исключая образование зон застоя, что наблюдается при упорядоченном характере движения циркуляционного контура 11. В результате в месте соединения (стыка) нижней наклонной и верхней наклонной поверхностей 8 и 9 с их боковыми поверхностями в герметичной наклонной воздушной щели 5, практически устраняются условия образования застойных зон (зон относительного покоя воздуха в стыках поверхности герметичной наклонной щели 5) и циркуляционный контур 11 представляет собой равномерно перемещающуюся массу воздуха в герметичной воздушной наклонной щели 5.

Уменьшение площади герметичной наклонной воздушной щели 5 по высоте ограждающего элемента способствует увеличению степени соприкосновения восходящего 12 и нисходящего 13 потоков, т.е. в ней наблюдается дальнейшее увеличение коэффициента теплопередачи.

При отсутствии солнечной радиации в условиях эксплуатации ограждающего элемента с низкими температурами окружающей среды направленный процесс конвективного теплообмена в наклонной герметичной воздушной наклонной щели 5 отсутствует. Это объясняется тем, что верхние слои воздуха, контактирующие с верхней вертикальной поверхностью 7 герметичной воздушной наклонной щели 5, обращенной к теплой среде (помещению), более нагреты и имеют меньшую плотность, чем слои воздуха, контактирующие с нижней вертикальной поверхностью 6 герметичной воздушной наклонной щели 5, обращенной к холодной среде.

Оригинальность конструктивного решения ограждающего элемента с солнечным коллектором заключается в следующем. Наличие в известных герметичных воздушных наклонных щелях застойных зон, получаемых в результате скопления маслоподвижного объема воздуха в местах стыка низких и высоких наклонных поверхностей с их боковыми поверхностями, приводит к резкому снижению теплотехнических качеств воздушных щелей, т.к. уменьшает интенсивность теплообмена, что объясняется участием не всей массы воздуха в передаче тепла, а лишь его части, образующей циркуляционный контур с восходящим и нисходящим потоками.

Размещение криволинейных винтообразных канавок на нижней и верхней наклонных плоскостях в зоне стыка с их боковыми поверхностями по всей длине от нижней вертикальной поверхности до верхней вертикальной поверхности приводит при движении восходящего и нисходящего потоков к образованию в зоне стыков криволинейных перемещений воздуха (микрозавихрений), что увеличивает подвижность массы воздуха как в стыке, так и во всем объеме герметичной воздушной наклонной щели.

Это способствует полному использованию теплотехнических качеств конструкции, т. е. увеличивает интенсивность теплообмена по сравнению с ранее известными конструкциями воздушных щелей.

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкции ограждающих элементов с солнечным коллектором, и может быть использовано в различных отапливаемых зданиях, преимущественно сельскохозяйственных. Ограждающий элемент с солнечным коллектором состоит из несущего и внутреннего слоев в виде экрана, связанного с несущим слоем изоляционного слоя, находящегося между несущим и внутренним слоями, размещенной в изоляционном слое герметичной воздушной наклонной щели, в которой нижняя вертикальная поверхность соприкасается с внутренней поверхностью несущего слоя, обращенного к холодной среде, а верхняя вертикальная поверхность щели соприкасается с внутренней поверхностью внутреннего слоя, обращенного к теплой среде, при этом на нижней и на верхней наклонных поверхностях в зоне стыка с боковыми ее поверхностями выполнены криволинейные винтообразные канавки, кроме того в наклонной герметичной воздушной щели при теплообмене образуется циркуляционный с микрозавихрениями контур с восходящим и нисходящим потоками. Техническим результатом является увеличение интенсивности теплообмена, 3 ил.

Ограждающий элемент с солнечным коллектором и герметичными воздушными наклонными щелями по его высоте, восходящими от наружной к внутренней поверхности элемента и имеющими переменное сечение, которое уменьшается к внутренней поверхности, отличающийся тем, что каждая герметичная воздушная наклонная щель на нижней и верхней поверхностях имеет криволинейные винтообразные канавки, расположенные в зоне длины стыков, связывающих большие и меньшие поперечные сечения.