ЭНЕРГОАКТИВНОЕ ОГРАЖДЕНИЕ ЗДАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК E04D13/18 

Изобретение относится к строительству и предназначено для использования, например, в многоэтажных гаражах с целью сбора и аккумулирования солнечной энергии.

Известны энергоактивные ограждения зданий [1, 2], применяемые в скатных кровлях и наклонных стенах зданий, основанные на использовании солнечной энергии для обеспечения горячего водоснабжения. По своей сути конструкции известных энергоактивных ограждений аналогичны и выполнены в виде остекления, гелиоприемника с каналами для циркуляции теплоносителя, теплоизоляции и водоотводного устройства.

Общим недостатком указанных энергоактивных ограждений зданий является то, что в этих конструкциях преобразуется только тепловой поток солнечной энергии и не используется световой поток. Кроме того, известные устройства имеют строго ограниченную область применения - на скатных кровлях и наклонных стенах зданий, что объясняется стремлением получить и преобразовать максимальный тепловой поток солнечной энергии, который обеспечивается в том случае, когда поверхность энергоприема перпендикулярна углу падения солнечных лучей. Угол падения солнечных лучей определяется географической широтой, ориентацией ограждения здания на данной местности и оказывает существенное влияние на величину преобразуемой энергии. Любая другая ориентация ограждения, при которой поверхность энергоприема не перпендикулярна углу падения солнечных лучей, снижает эффективность аккумулирования солнечной энергии.

Энергоактивное ограждение здания по авт. св. N 1223684 выбрано в качестве прототипа.

Изобретение направлено на повышение эффективности использования солнечной энергии за счет использования как теплового, так и светового потоков при любой произвольной ориентации энергоактивного ограждения.

Это достигается тем, что энергоактивное ограждение здания, содержащее остекление, гелиоприемник с каналами для циркуляции теплоносителя, теплоизоляцию и водоотводное устройство, дополнительно снабжено установленным между остеклением и гелиоприемником фотоэлектрическим преобразователем, соединенным с инвертором и аккумулятором, и тепловым насосом, подключенным к инвертору и водоотводному устройству.

В качестве вариантов конструктивного исполнения энергоактивного ограждения здания предусмотрено на поверхность фотоэлектрических преобразователей, обращенную к остеклению, нанести слой люминесцентного покрытия, что позволит повысить энергоотдачу при преобразовании солнечной энергии. А также поверхности каналов гелиоприемника, обращенные к остеклению, выполнять или плоскими, ориентированными к остеклению под углом, или гофрированными, образованными плоскими наклонными участками, размер которых соизмерим с размерами ячеек фотоэлектрических преобразователей, при этом фотоэлектрические преобразователи непосредственно закрепляют на плоских наклонных поверхностях каналов. Кроме того, возможно фотоэлектрические преобразователи располагать на дополнительно установленных поворотных жалюзи.

Таким образом в предлагаемой конструкции заложен принцип, позволяющий преобразовывать и аккумулировать не только тепловую составляющую солнечного излучения, но и дополнительно использовать световой поток, в частности в длинноволновой части спектра, дающей наибольшую энергоотдачу. Все это существенно расширяет функциональные возможности устройства и повышает КПД ограждения. Расположение фотоэлементов на поворотных жалюзи или на специально ориентированных поверхностях каналов для циркуляции теплоносителей позволяет повысить эффективность преобразования солнечной энергии при любой ориентации поверхности ограждения, в том числе на плоских крышах и вертикальных стенах зданий.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен фрагмент поперечного сечения ограждения; на фиг. 2 - вариант расположения фотоэлектрических преобразователей на поворотных жалюзи; фиг. 3 - вариант выполнения каналов для циркуляции теплоносителя с плоской поверхностью, ориентированной под углом к остеклению; на фиг. 4 - вариант конструктивного выполнения каналов для циркуляции теплоносителя в виде гофрированной поверхности, образованной из плоских наклонных участков, размер которых соизмерим с размерами ячеек полупроводниковых фотоэлементов.

Энергоактивное ограждение здания содержит остекление 1, фотоэлектрический преобразователь 2, скоммутированный из ячеек полупроводниковых фотоэлементов, на которые нанесен слой люминесцентного покрытия 3, гелиоприемник 4 с каналами 5 для циркуляции теплоносителя, теплоизоляцию 6. Фотоэлектрический преобразователь последовательно соединен с инвертором 7 и аккумулятором 8, а каналы 5 для циркуляции теплоносителя гелиоприемника через водоотводное устройство 9 соединены с тепловым насосом 10.

Устройство может быть снабжено поворотными жалюзи 11, на ребрах которых, обращенных к остеклению 1, располагают фотоэлектрические преобразователи 2 (фиг. 2).

Работает энергоактивное ограждение здания следующим образом.

Световой поток солнечной энергии, проникая сквозь остекление 1, преобразуется с помощью фотоэлектрического преобразователя 2 в электрическую энергию. Поскольку фотоэлектрические преобразователи неравномерно поглощают различные части спектра солнечного потока, и наивысшую энергоотдачу фотоэлектрические преобразователи обеспечивают в длинноволновой части спектра, на их поверхность, обращенную к остеклению, нанесено люминесцентное покрытие 3, которое поглощает коротковолновую часть спектра ультрафиолетового излучения и преобразует его в длинноволновую часть спектра, что способствует повышению эффективности работы фотопреобразователей. Люминесцентное покрытие 3 может быть выполнено, например, на основе солей редкоземельных элементов, таких как церий или европий. Преобразованная таким образом энергия направляется в инвертор 7, где постоянный ток преобразуется в переменный ток требуемой частоты и напряжения. Инвертор 7 последовательно соединен с аккумулятором 8, который накапливает энергию. Необходимость его использования обусловлена неравномерностью как накопления, так и потребления энергии в здании в течение дня. Одновременно при этом тепловой поток солнечной энергии нагревает гелиоприемник 4, который через каналы 5 для циркуляции теплоносителя соединен с водоотводным устройством 9 и с тепловым насосом 10. Поворотные жалюзи 11, на ребрах которых расположены фотоэлектрические преобразователи 2, практически не препятствуют свободному проникновению теплового потока.

Следует особо подчеркнуть чувствительность полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей к тепловым воздействиям, что снижает надежность и ресурс их работы. Теплоноситель, циркулирующий в каналах 5 под фотоэлектрическими преобразователями 2, выполняет применительно к ним дополнительную функцию охлаждающего радиатора, что повышает эффективность их работы.

Как правило, с помощью фотоэлектрических преобразователей удается преобразовать 1,5- 2% светового потока солнечной энергии. Общее количество преобразованной энергии находится в прямой зависимости от площади поверхности энергоприема.

Традиционно гелиоприемник позволяет получать низкопотенциальное тепло (с температурой теплоносителя до 50^oC). Аккумулируя низкопотенциальное тепло, тепловой насос 10 обеспечивает нагрев теплоносителя до любой требуемой температуры. В конструкции использован принцип замкнутой системы энергопотребления, что достигается за счет электрического соединения теплового насоса 10 с инвертором 7. Это позволяет в любое время осуществлять электроподогрев низкопотенциального тепла до необходимой температуры.

Ориентация фотоэлектрических преобразователей 2 под углом к падающему световому потоку путем их расположения или на специально ориентированных поверхностях канала 5 для циркуляции теплоносителя (фиг. 3, 4), а также на поворотных жалюзи (фиг. 2), легко ориентируемых под необходимым углом к падающему световому потоку, позволяет обеспечить эффективную работу энергоактивного ограждения при любом расположении его поверхности.

Таким образом преимуществом предлагаемого энергоактивного ограждения зданий является высокая эффективность использования солнечной радиации путем преобразования светового и теплового потоков солнечной энергии при любой ориентации поверхности ограждения, а также за счет создания замкнутого энергетического контура.

Данная разработка может найти широкое применение в строительстве, но по нашему мнению, оно будет особо эффективно при использовании его в современных конструкциях многоэтажных гаражей, представляющих собой остекленный каркас. При этом предлагаемое решение энергоактивного ограждения позволяет решить проблему независимого горячего водоснабжения и энергообеспечения в зданиях.

Источники информации
1. Авт. св. СССР, N 1385681, МПК E 04 D 13/18, 1986.

2. Авт. св. СССР, N 1223684, МПК E 04 D 3/06, 1984 (прототип).

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для энергоактивных ограждений зданий, например в многоэтажных гаражах для отбора и аккумулирования солнечной энергии. Энергоактивное ограждение здания содержит остекление, гелиоприемник с каналами для циркуляции теплоносителя, теплоизоляцию и водоотводное устройство. Оно снабжено установленным между остеклением и гелиоприемником фотоэлектрическим преобразователем, который соединен с инвертором и аккумулятором, и тепловым насосом. Тепловой насос подключен к водоотводному устройству и инвертору. Изобретение позволит повысить эффективность использования солнечной энергии за счет использования как теплового, так и светового потоков при любой произвольной ориентации энергоактивного ограждения. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Энергоактивное ограждение здания, содержащее остекление, гелиоприемник с каналами для циркуляции теплоносителя, теплоизоляцию и водоотводное устройство, отличающееся тем, что оно снабжено установленным между остеклением и гелиоприемником фотоэлектрическим преобразователем, соединенным с инвертором и аккумулятором, и тепловым насосом подключенным к водоотводному устройству и инвертору. 2. Энергоактивное ограждение здания по п.1, отличающееся тем, что на поверхность фотоэлектрических преобразователей, обращенную к остеклению, нанесен слой люминесцентного покрытия. 3. Энергоактивное ограждение здания по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено поворотными жалюзи, на ребрах которых, обращенных к остеклению, закреплены фотоэлектрические преобразователи. 4. Энергоактивное ограждение здания по п.1, отличающееся тем, что обращенная к остеклению поверхностью каналов гелиоприемника для циркуляции теплоносителя выполнена плоской и ориентирована к остеклению под углом, а фотоэлектрические преобразователи закреплены непосредственно на плоской поверхности каналов. 5. Энергоактивное ограждение здания по п.1, отличающееся тем, что обращенная к остеклению поверхностью каналов гелиоприемника для циркуляции теплоносителя выполнена гофрированной, состоящей из плоских наклонных участков, размер которых соизмерим с размерами ячеек полупроводниковых фотоэлементов, закрепленных на них.