ЗДАНИЕ С ЗАМКНУТЫМ ЦИКЛОМ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ Российский патент 2012 года по МПК E04H1/00 

Изобретение относится к системам энергообеспечения автономных зданий при разработке проектов зданий и сооружений и последующей застройке территорий пригородных и сельских систем расселения постоянного жительства, а также рекреационных территорий сезонного отдыха для умеренного климатического пояса северного полушария.

Известна Система энергообеспечения автономного здания [1] с внутренним перекрытым куполом двором, снабженная высоко- и низкотемпературным теплоаккумуляторами, энергетически сообщенными с располагаемыми как вне, так и внутри здания источниками альтернативной энергии (например, ветроустановкой, солнечными фотоэлементами, солнечными коллекторами, изотопными теплоисточниками, низкотемпературными источниками - воздух, земля, вода и т.п.), а также с потребителями как тепловой, так и электрической энергии автономного здания, вырабатываемой электрогенератором, приводимым регулируемой паросиловой установкой с парогенератором, по теплу сообщенным по меньшей мере с высокотемпературным теплоаккумулятором, паровой машиной и конденсатором. По центру двора здания установлена кинематически связанная с куполом и выходящая наружу купола многоканальная трубная опора с каналами выхода воздуха из подкупольного пространства и каналами забора воздуха из атмосферы, сообщенными по теплу с теплообменными устройствами, например теплообменниками, тепловыми трубами, тепловыми насосами, между собой и низкотемпературным теплоаккумулятором, снабженным дополнительной секцией пониженной температуры, причем конденсатор паросиловой установки по теплу сообщен, например в ней расположен, с этой дополнительной секцией, например, имеющей отрицательную по Цельсию температуру, которая по теплу основным тепловым насосом, приводимым преимущественно посредством паросиловой установки, сообщена с первичной секцией низкотемпературного теплоаккумулятора. Однако описанная система является достаточно дорогой и требует установки специального дорогостоящего оборудования.

Известно энергоэффективное здание "ЭКОДОМ SOLAR-5" [2], содержащее стены, сплошные и вентилируемые оконные проемы, двускатную кровлю с карнизами и уклоном скатов от конька кровли наружу, солнечные коллекторы водяного отопления и солнечные фотоэлектрические панели, смонтированные на кровле здания, и большую по протяженности продольную ось здания, вытянутую с востока на запад. Скат кровли, обращенный на юг, выполнен двухчастным, при этом его нижняя плоскость размещена под углом к горизонту от 30° до величины, определяемой выражением 90-ф°, где ф - широта местности строительства здания. Ее кромка выполнена в виде козырька, выступающего за плоскость наружных стен не более чем на треть их высоты, при этом по меньшей мере часть нижней плоскости использована для размещение солнечных фотоэлектрических панелей, причем верхняя плоскость этого ската кровли размещена под углом к горизонту, определяемым выражением ф+15°, при этом по меньшей мере часть этой плоскости использована для размещения солнечных коллекторов водяного отопления и снабжена вентилируемыми оконными проемами, кроме того, скат кровли, обращенный на север, размещен под углом к горизонту от 75-ф° до 90-ф°, при этом его кромка выполнена в виде козырька, выступающего за плоскость наружных торцевых стен, но не более чем наполовину их высоты, и одновременно выступающего за конек, но не более чем наполовину ширины верхней плоскости ската кровли, обращенного на юг. Однако использование фотоэлектрических панелей при недостаточном солнечном освещении может негативно сказаться на энергообеспечении здания в силу своей маломощности.

Задачей изобретения является обеспечение возможности использовать для внутренней терморегуляции внешние источники излучения световых волн инфракрасного диапазона.

Поставленная задача решается конструкцией здания с замкнутым циклом терморегуляции, основанным на использовании источников излучения световых волн инфракрасного диапазона естественного и искусственного происхождения, представляющего собой купольное здание с потолочными вентиляционными отверстиями и внешними ударопрочными теплопоглощающими стеклянными стенами, армированными пленкой, установленное на теплоизолирующем фундаменте и имеющее установленные внутри помещения теплообменник, бассейн-накопитель, инфракрасные обогреватели, а также устройство для забора воды и водосток для горячей воды, отличающемся тем, что стены здания представляют собой тепловые экраны в виде стеклопакетов, состоящих из трех видов стекла: внешнего с пленочным армированным покрытием, теплопоглощающего закаленного стекла с пленочным оксидно-металлическим покрытием и внутреннего теплоотражающего стекла с пленочным оксидно-металлическим покрытием, имеющих вентиляционные отверстия, а купол здания состоит из двух частей - внешней, выполненной из термостойкого ударопрочного стекла, и внутренней, выполненной из закаленного стекла с пленочным оксидно-металлическим покрытием, между которыми имеется воздушное пространство.

Конструкция здания представлена на рисунке 1, где:

1 - отверстия во внутреннем куполе,

2 - фильтр для горячего воздуха,

3 - внутренний тепловой экран (теплоотражающее стекло с пленочным оксидно-металлическим покрытием),

4 - теплопоглощающее закаленное стекло (содержащее в массе от 0,7 до 1,3% оксидов железа),

5 - внешние стеклянные стены,

6 - бассейн-теплонакопитель,

7 - скважина для наполнения бассейна (или подключения к водопроводу),

8 - теплоизолирующий фундамент,

9 - сток для слива излишков воды,

10 - внешний воздушный фильтр для забора холодного воздуха,

11 - водосток для горячей воды,

12 - устройство для забора воды,

13 - внутренний купол,

14 - внешний купол,

15 - инфракрасные обогреватели,

16 - потолочные вентиляционные отверстия,

17 - вентиляционные отверстия для охлаждений тепловых экранов,

18 - вентиляционные отверстия для забора холодного воздуха из помещений,

19 - вентиляционные отверстия для забора холодного воздуха из центральной шахты теплообменника,

20 - центральная шахта теплообменника,

21 - воздушный канал,

22 - вентиляционные отверстия для удаления горячего воздуха,

23 - вентиляционные отверстия,

24 - внутренние помещения.

Терморегуляция здания осуществляется следующим образом:

Инфракрасное излучение (солнечное днем и отраженное от поверхности земли - ночью), проходя через внешние стеклянные стены здания (5), попадает на внутренние стены, состоящие из теплопоглощающего закаленного стекла (4).

Часть инфракрасного излучения, прошедшая через теплопоглощающее закаленное стекло (4), попадает на тепловой экран (3) и отражается обратно на теплопоглощающее закаленное стекло (4).

Теплопоглощающее стекло (4), нагреваясь за счет инфракрасного излучения, отдает тепло воздуху в воздушном канале (21).

Горячий воздух по воздушному каналу поднимается вверх и через фильтр для горячего воздуха (2) проникает в центральную шахту теплообменника (20), где смешивается с насыщенным влагой воздухом, откуда, в свою очередь, попадает в пространство между внешним (14) и внутренним куполом (13) через отверстие во внутреннем куполе (1).

В воздушном пространстве между внешним (14) и внутренним куполом (13) вода, содержащаяся в воздухе, за счет перепада температур конденсируется на внутренней стороне внешнего купола (14) и стекает по внешней стороне внутреннего купола (13) в водостоки для горячей воды (11), откуда, в свою очередь, нагретая вода поступает в бассейн-теплонакопитель (6).

Нагретая вода из бассейна-теплонакопителя (6) испаряется в центральную шахту теплообменника (20). Нагретый и насыщенный влагой воздух поднимается вверх, смешиваясь с горячим воздухом, поступающим через фильтр для горячего воздуха (2), и поступает затем в воздушное пространство между внешним (14) и внутренним куполом (13), где цикл повторяется.

Воздух из центральной шахты теплообменника (20) через вентиляционные отверстия (23) проникает в пространство между перекрытиями, откуда поступает во внутренние помещения здания (24). Отсюда воздух через вентиляционные отверстия для охлаждения тепловых экранов (17) и потолочные вентиляционные отверстия (16) поступает в вентиляционные каналы и далее - обратно в центральную шахту теплообменника (20), осуществляя, таким образом, воздухообмен во внутренних помещениях здания (24).

Для забора воздуха извне в воздушное пространство между внешней стеной (5) и теплопоглощающим стеклом используется внешний воздушный фильтр для забора холодного воздуха (10). Для удаления из здания горячего воздуха используется отверстие во внешнем куполе (22).

Для забора воды извне используется скважина (7) и отверстия во внешнем куполе (12).

Для стока излишков воды из бассейна-теплонакопителя (6) используется сток (9).

Дополнительным источником обогрева внутренних помещений могут служить инфракрасные потолочные обогреватели (15), питающиеся от внутреннего, установленного в отверстии внутреннем куполе (1) электрогенератора, приводимого в действие потоком воздуха.

Горячая вода, нагреваемая в процессе теплообмена, может быть дополнительно использована для хозяйственных нужд и обогрева полов.

Объем бассейна-теплонакопителя (6), центральной шахты теплообменника (20), толщину внутреннего теплового экрана (3), а также размеры купола рассчитываются исходя из конкретных климатических условий, в которых будет расположено здание.

Несущий каркас здания может выполняться из стальных, алюминиевых или деревянных конструкций. Здание может монтироваться на монолитном фундаменте, состоящем из изолированных водонепроницаемых отсеков. В этом случае здание может быть плавающим.

Изобретение позволяет достичь значительной экономии и в перспективе полностью отказаться от использования традиционных источников отопления, а также за счет большой площади остекления достичь значительной экономии электроэнергии, используемой для освещения здания.

Использованная литература

1. Патент РФ №2352866, 2007 г.

2. Патент РФ №2342507, 2007 г.

Изобретение относится к системам энергообеспечения автономных зданий при разработке проектов зданий и сооружений и последующей застройке территорий пригородных и сельских систем расселения постоянного жительства, а также рекреационных территорий сезонного отдыха для умеренного климатического пояса северного полушария. Технический результат: значительная экономия и в перспективе полностью отказаться от использования традиционных источников отопления, а также значительная экономия электроэнергии, используемой для освещения здания. Здание с замкнутым циклом терморегуляции, основанным на использовании источников излучения световых волн инфракрасного диапазона естественного и искусственного происхождения, представляет собой купольное здание с потолочными вентиляционными отверстиями и внешними ударопрочными теплопоглощающими стеклянными стенами, армированными пленкой, установленное на теплоизолирующем фундаменте, и имеет установленные внутри помещения теплообменник, бассейн-накопитель, инфракрасные обогреватели, а также устройство для забора воды и водосток для горячей воды. Стены здания представляют собой тепловые экраны в виде стеклопакетов, состоящих из трех видов стекла: внешнего с пленочным армированным покрытием, теплопоглощающего закаленного стекла с пленочным оксидно-металлическим покрытием и внутреннего теплоотражающего стекла с пленочным оксидно-металлическим покрытием, имеющих вентиляционные отверстия, а купол здания состоит из двух частей - внешней, выполненной из термостойкого ударопрочного стекла, и внутренней, выполненной из закаленного стекла с пленочным оксидно-металлическим покрытием, между которыми имеется воздушное пространство. 1 ил.

Здание с замкнутым циклом терморегуляции, основанным на использовании источников излучения световых волн инфракрасного диапазона естественного и искусственного происхождения, представляющее собой купольное здание с потолочными вентиляционными отверстиями и внешними ударопрочными теплопоглощающими стеклянными стенами, армированными пленкой, установленное на теплоизолирующем фундаменте и имеющее установленные внутри помещения теплообменник, бассейн-накопитель, инфракрасные обогреватели, а также устройство для забора воды и водосток для горячей воды, отличающееся тем, что стены здания представляют собой тепловые экраны в виде стеклопакетов, состоящих из трех видов стекла: внешнего с пленочным армированным покрытием, теплопоглощающего закаленного стекла с пленочным оксидно-металлическим покрытием и внутреннего теплоотражающего стекла с пленочным оксидно-металлическим покрытием, имеющих вентиляционные отверстия, а купол здания состоит из двух частей - внешней, выполненной из термостойкого ударопрочного стекла, и внутренней, выполненной из закаленного стекла с пленочным оксидно-металлическим покрытием, между которыми имеется воздушное пространство.