СТЕНА ВОДНАЯ СОЛНЦЕЗАЩИТНАЯ Российский патент 2024 года по МПК E06B9/24 

Изобретение относится к области строительства, а именно для зданий с высоким коэффициентом остекления фасадов, и предназначено для повышения солнцезащитных свойств светопрозрачных ограждающих конструкций, за счет чего достигается дополнительная защита помещений от перегрева и уменьшение мощности систем хладоснабжения зданий и затрат электрической энергии на охлаждение воздуха в помещениях.

Известно стеновое ограждение, раскрытое в авторском свидетельстве SU 679701 А (Всесоюзный заочный инженерно-строительный институт), 15.08.79, Е06В 9/00 и представляющее собой декоративную солнцезащитную стеновую конструкцию, включающую в себя установленные друг над другом заполненные водой лотки, выполненные из непрозрачного или светопрозрачного материала, между которыми сверху вниз перетекает вода, трубопровод с отверстиями для подачи воды в верхней части стены и желоб для сбора и отвода воды. Недостатком технического решения является значительная сложность конструкции, малая оптическая прозрачность, ухудшающая обзор из помещения, содержащего такое водяное ограждение, существенное уменьшение инсоляции и освещенности помещений, в том числе в периоды отсутствия интенсивной солнечной радиации, когда защита от солнечной радиации и перегрева помещений не требуется, невозможность реализации технического решения для высотных зданиях, а также для любых других типов зданий в холодный период года при отрицательных температурах наружного воздуха.

Известна стена водяная (см. патент US 4747538 A (Delta Tech, Inc.), 31.05.88, 239/20 (МПК F21P 7/00) "Water wall"), включающая в себя средство для распределения воды вдоль верхнего края стены, представляющее собой распределительный трубопровод, в стенке которого, обращенной к нижнему краю стены, выполнены отверстия для стекания воды, бассейн для сбора стекающей воды, расположенный вдоль нижнего края стены, гидравлический насос для подачи воды к распределительному трубопроводу из упомянутого бассейна и питающие трубопроводы, связанные с упомянутым распределительным трубопроводом. Недостатком данного аналога является крайне высокая сложность конструктивного решения, материалоемкость, значительный вес, требующий проработки крепления конструкции к каркасу, невозможность его использования для высотных зданий. Кроме того, в соответствии с описанием изобретения, данное техническое решение предназначено для улучшения эстетических и декоративных целей.

Известна водяная штора для верхнего освещения (см. патент JPH05141057A (FUJITA CORP), 08.06.1993 "Water blind for top light"), включающее средство для распределения воды вдоль верхнего края светопрозрачной ограждающей конструкции и датчик-извещатель, последовательно соединенный с контроллером и электромагнитным клапаном, расположенным на подающем трубопроводе. Однако, данное техническое решение подходит только для горизонтальных светопрозрачных ограждений (зенитных фонарей и мансардных окон), расположенных под небольшим углом к горизонту для создания уклона. Данное техническое решение, представляющее собой заполненный водой бассейн над мансардным окном или зенитным фонарем, не может быть реализовано применительно для вертикальных светопрозрачных ограждений. Недостатком данного аналога является также необходимость создания очень высокой герметичности горизонтального светопрозрачного ограждения, заполненного водой, что создает высокие риски протечки и невозможности проветривания помещений при заполнении бассейна с водой, расположенного над ограждением. Кроме того, при нагреве воды в бассейне поток тепла через светопрозрачное ограждение может оказаться соизмеримым с теплопритоком от солнечного излучения и тем самым водяная штора потеряет свое назначение.

Наиболее близким к предлагаемому способу является стена водяная (см. авторское свидетельство RU 2176709 С1, кл. Е04В 2/00, Е06В 9/24, 2000 г.), включающее в себя первое средство для распределения воды вдоль верхнего края стены, отличающаяся тем, что стена снабжена средством для предотвращения стекания воды вдоль части ее длины, выполненным с возможностью включения для образования проема в стене и отключения для закрытия указанного проема, и вторым средством для распределения воды, расположенным на уровне, находящемся между упомянутым средством для предотвращения стекания воды и нижним краем стены, при этом отрезок стены, вдоль которого распределяют воду с помощью второго средства для распределения воды, по меньшей мере, частично соответствует длине отрезка стены, на котором может быть предотвращено стекание воды с помощью упомянутого средства для предотвращения стекания, причем второе средство для распределения воды и средство для предотвращения ее стекания выполнены с возможностью, по меньшей мере, приблизительно одновременного включения (прототип).

Недостатками прототипа являются сложность конструктивного исполнения технического решения, значительный расход воды, требующий постоянной подпитки системы водой от резервного источника, затраты электрической энергии на работу насосного оборудования, вероятность засорения подающих трубопроводов при смывании загрязнений с поверхности остекления, необходимость устройства водосборного бассейна, требующего постоянного ухода. Кроме того, предлагаемый в прототипе способ регулирования орошения наружной поверхности остекления предусматривает отключение воды с одного или нескольких участков остекления, что приводит к увеличению на свободных от воды участков остекления интенсивности проникания солнечной радиации и локальному перегреву части помещения.

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу путем упрощения конструкции водяной стены (водного барьера на наружной поверхности остекления фасада здания), исключения насосного оборудования и габаритного водосборного бассейна на поверхности остекления при одновременном уменьшении расхода воды на орошение светопрозрачной ограждающей конструкции и электрической энергии на работу циркуляционных насосов, использовании возобновляемых энергоресурсов, например, дождевой воды, повышении солнцезащитных свойств светопрозрачных ограждающих конструкций в целях дополнительной активной защиты помещений от перегрева.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что подача и распределение воды на наружной поверхности вертикального остекления осуществляется прерывисто, - по мере испарения воды с поверхности остекления фасада. При этом вода, достигая нижнего уровня остекления, фиксируется электродным датчиком-извещателем, а система автоматизации отключает подачу воды. Повторное включение подачи воды в подающий трубопровод осуществляется через определенный интервал времени, - по мере испарения влаги с поверхности электродного датчика-извещателя.

Таким образом, предлагаемое техническое решение не требует устройства водосборного бассейна для сбора стекающей сверху воды, насосного оборудования для осуществления циркуляции воды от водосборного бассейна к подающим трубопроводам верхнего уровня, большого количества вертикальных трубопроводов, и тем самым значительно сокращает расход воды, требуемой для орошения поверхности наружного остекления.

Возможность осуществления изобретения, охарактеризованного приведенной выше совокупностью признаков, а также возможность реализации назначения изобретения может быть подтверждена описанием возможной конструкции стены водяной, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, которая поясняется графическими материалами, на которых изображено следующее:

Фиг. 1 - принципиальная схема устройства с подачей воды через отверстия в подающем трубопроводе;

Фиг. 2 - принципиальная схема устройства с подачей воды через поворотные форсунки;

Фиг. 3 - аксонометрическая схема устройства с подачей воды через изогнутые трубки;

Фиг. 4 - схема создания силы реакции струи воды в изогнутой трубке при движении жидкости.

Стена водная солнцезащитная на наружной поверхности остекления фасада включает в себя вертикальную светопрозрачную ограждающую конструкцию 1 (окно, балконную дверь, стеклопакет, модульную, фахверковую, вантовую, стоечно-ригельную, бескаркасную или комбинированную светопрозрачную ограждающую конструкцию), подающий трубопровод 2, перфорированный трубопровод 3, проходящий вдоль верхней кромки светопрозрачной ограждающей конструкции 1, в котором в нижней части выполнены отверстия для стекания воды (на фиг. 1 потоки вытекающей из трубопровода воды показаны стрелками) по наружной поверхности остекления 1, электродный датчик-извещатель 4, замыкающий при контакте с водой электрическую цепь. Сигнал о понижении электрического сопротивления поступает на контроллер 5, который обрабатывает поступающую информацию и подает сигнал по линии цепи управления 6 на закрытие электромагнитного клапана 7, установленного на подающем трубопроводе 2. По мере испарения воды с поверхности электродного датчика-извещателя 4, электрическое сопротивление цепи повышается, цепь размыкается, соответствующий сигнал поступает на контроллер 5, который по цепи 6 подает сигнал на открытие электромагнитного клапана 7. Таким образом обеспечивается прерывистое орошение светопрозрачной ограждающей конструкции 1. Вода в подающий трубопровод 2 поступает из сети или, если на объекте установлена система сбора дождевой воды (на Фиг. 1 не показана), из емкости для хранения дождевой воды.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения вместо перфорированного трубопровода над верхней кромкой светопрозрачной ограждающей конструкции 1, например, в специальной нише 8, могут быть установлены изогнутые трубки 9, которые при поступлении воды поворачиваются в результате воздействия силы реакции струи воды, вытекающей из изогнутых трубок 9, которые могут поворачиваться совместно с подвижными участками подающего трубопровода 2. Описываемое решение более подробно показано на схеме фиг. 2. На фиг. 2 показаны два положения изогнутой трубки 8 при протекании по ней воды. Слева на фиг. 2 показано начальное положение изогнутой трубки 8 при начале подачи воды в трубку 8, справа - положение изогнутой трубки 8 через интервал времени, когда изогнутая трубка 9 под действием силы реакции струи воды смещается вверх. Поворачиваются только те участки подающего трубопровода 2, к которым прикреплены изогнутые трубки 9.

На схеме фиг. 3 показана аксонометрическая схема устройства с подачей воды через изогнутые трубки, из которой видно, как при повороте изогнутой трубки омывается все большая площадь светопрозрачной ограждающей конструкции 1. Поворот изогнутой трубки происходит совместно с подвижным фрагментом трубопровода под действием силы реакции струи воды.

Таким образом, изогнутые трубки 9 при повороте под действием силы реакции струи воды обеспечивают более равномерное орошение светопрозрачной ограждающей конструкции 1 по высоте. Капельное орошение по сравнению с пленочным характеризуется тем, что не вся поверхность светопрозрачной ограждающей конструкции оказывается покрытой водой, но при капельном орошении обеспечивается более интенсивный теплообмен с окружающим воздухом, т.е. повышается эффективность испарения влаги с поверхности светопрозрачной ограждающей конструкции.

Схема возникновения силы реакции струи воды в изогнутой трубке 9 показана на Фиг. 4. Вода входит в изогнутую трубку со скоростью V₁ и выходит из трубки со скоростью V₂. Так как трубка имеет одно и тоже сечение, скорости V₁ и V₂ равны по модулю. Но направления у них различны. Следовательно, скорость получает приращение:

Это означает, что при течении по изогнутой трубке жидкость испытывает ускорение, среднее значение которого направлено вдоль вектора ΔV. Ускорение сообщается жидкости силами, с которыми стенки трубки действуют на жидкость. По третьему закону Ньютона на трубку со стороны жидкости действует сила противодействия F_p, направленная противоположно вектору ΔV. Эта сила называется силой реакции струи жидкости. Под действием силы реакции струи жидкости F_p появляется крутящий момент:

который отклоняет изогнутую трубку в сторону (на Фиг. 4 направление отклонения изогнутой трубки показано изогнутой стрелкой). На этом принципе основано действие, например, круговых распылителей (разбрызгивателей) для полива садовых участков.

Предлагаемое техническое решение включается при интенсивной солнечной радиации, часть энергии которой расходуется на испарение влаги. При испарении влаги с поверхности светопрозрачной ограждающей конструкции количество тепловой энергии, идущее на испарение влаги с поверхности светопрозрачной ограждающей конструкции, может быть рассчитано по формуле (Малявина Е.Г. Теплопотери здания: справочное пособие / Е.Г. Малявина. - М.: АВОК-ПРЕСС, 2007. - 144 с):

где ν_B - скорость движения воздуха над поверхностью испарения, м/с;

ρ_пов - парциальное давление насыщения водяным паром при температуре поверхности испарения жидкости t_ИСП, кПа;

ρ_окр - парциальное давление пара в окружающем воздухе, кПа;

А - площадь поверхности испарения, м²;

В - барометрическое давление, кПа;

k_см - коэффициент смачивания поверхности, показывающий долю площади орошения водой поверхности светопрозрачной ограждающей конструкции;

t_ИСП - температура поверхности испарения жидкости, °С.

Помимо затрат тепловой энергии на испарение солнцезащитный эффект достигается за счет отражения части потока солнечного излучения от капель жидкости на поверхности остекления.

Вода или влажный воздух могут подаваться не только снаружи, но и в межстекольное пространство. Температура воды или влажного воздуха подбираются таким образом, чтобы обеспечить конденсацию водяного пара на внешней поверхности светопрозрачной ограждающей конструкции. Температура воды или влажного воздуха должна оказаться ниже точки росы при заданных температуре и влажности наружного воздуха.

Описанные примеры выполнения водной солнцезащитной стены доказывают возможность реализации назначения изобретения и достижения указанного выше технического результата, но при этом не исчерпывают всех возможностей осуществления изобретения, охарактеризованного совокупностью признаков, приведенной в формуле изобретения.

Изобретение относится к области строительства, а именно для зданий с высоким коэффициентом остекления фасадов. Техническим результатом является создание водной солнцезащитной стены на наружной поверхности вертикальных светопрозрачных ограждающих конструкций, например окон. Стена водная солнцезащитная включает в себя средство для распределения воды на поверхности светопрозрачной ограждающей конструкции, размещаемое вдоль ее верхней кромки, средство для контроля состояния степени увлажнения (орошения) светопрозрачной ограждающей конструкции, размещаемое вдоль ее нижней кромки, средство для автоматического включения и отключения подачи воды. Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, состоит в повышении солнцезащитных свойств светопрозрачных ограждающих конструкций, за счет чего достигается дополнительная защита помещений от перегрева и уменьшение мощности систем хладоснабжения зданий и затрат электрической энергии на охлаждение воздуха в помещениях. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Стена водная солнцезащитная, включающая в себя средство для распределения воды вдоль верхнего края вертикальной светопрозрачной ограждающей конструкции, отличающаяся тем, что вдоль нижнего края светопрозрачной ограждающей конструкции размещается электродный датчик-извещатель, последовательно соединенный с контроллером и электромагнитным клапаном, расположенным на подающем трубопроводе.

2. Стена по п. 1, отличающаяся тем, что средство для распределения воды вдоль верхнего края стены представляет собой первый трубопровод, состоящий из по меньшей мере двух участков, проходящих вдоль верхнего края стены, на которых крепятся изогнутые трубки, через которые осуществляется подача и равномерное распределение воды по поверхности светопрозрачной ограждающей конструкции.