Конструкция энергосберегающего здания с системой теплохладоснабжения Советский патент 1993 года по МПК F24J2/42 

Изобретение относится к гелиотехнике, к системам отопления, совмещенным с конструкциями энергосберегающих зданий.

Область использования - малоэтажная жилая застройка (индивидуальный жилой дом, дача), объекты сельскохозяйственного строительства, коммунально-бытовые обь- екты.

Задачи изобретения: применение эффективного гелиоприемника с зеркальным ячеистым концентратором, автоматически следящим за движением солнца, применение напольного лучистого отопления с подпольным рециркуляционным воздушным контуром, применение дублирующего источника теплоты и принудительной вентиляции.

На фиг. 1 изображена конструкция здания с системой теплохладоснабжения, вид сбоку в вертикальном сечении; на фиг. 2 - конструкция концентратора.

Новизна конструкции заключается в следующем: цоколь хорошо теплоизолиро- ванного здания, выполняет функцию теплового коллектора, а напольное перекрытие - аккумулятора тепла и отопительного прибора, перекрытие дополнительно нагревается солнечной радиацией, прошедшей через окна здания. Рециркуляционная система с лучистым отоплением, имеет дублер в виде калорифера с вентилятором, который нагревается от ветрогенератора или местной электросети, нагрев возможен посредством сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива.

Конструкция здания (фиг.1) состоит из кирпичной или бетонной стены 1 и мощной теплоизоляции 2, на наружной или внутренней позерхности(пенополиуретан. пенополивинилхлорид), на чертеже показано с наружной. Гидроизоляцией 3 отделен цоколь от фундамента Оконные рамы 4 смещены к внутренней поверхности стены, а откосы

оконных проемов 5 покрашены светоотра- жэющей краской и образуют контротражатель. Напольное железобетонное перекрытие 6 выполнено из стандартных многопустотных панелей и отделено от горизонтальной поверхности стен 1 слоем жесткой теплоизоляции 8 (асбестокартон). Железобетонные панели перекрытия защемлены несущим ограждением, с южной стороны, открытым способом. Железобетонный цоколь 7 южного фасада, кроме арматуры, имеет металлическую стружку, для увеличения теплопроводности. Цоколь окрашен черной краской или оштукатурен раствором с добавлением черного пигмента и

покрыт сверху тонким слоем стеклокрошки 1,5-2 мм. Для лучшего поглощения солнечной радиации и для создания турбулентности при прохождении воздуха вдоль цоколя. Цоколь здания южного фасада и напольное

перекрытие со стороны подполья, а также потолочное перекрытие со стороны чердака имеют слой теплоизоляции 2. Впереди цоколя 7 южного фасада расположен гелиопри- емник, который имеет: зеркальный

ячеистый концентратор 10, с контротражателем 11, светопропускающее покрытие 9 (стекло), рифленую зигзагообразную пленку 12 (тефлон) и зачерненный, покрытый стек- локрошкой тепловой коллектор-цоколь здания 7.

Зеркальный ячеистый концентратор состоит из пересекающихся прямоугольных полос светопропускающего диэлектрика, который изменяет линейно при нагревании

свой показатель преломления. Светопропу- скающий диэлектрик (полиметилметакри- лат) армирован металлической сеткой из материала с хорошей теплопроводности (дуралюмин, нержавеющая сталь), инсоли- руемый торец сетки зачернен. Ячеистый концентратор из металлических зеркал (пластины отполированные и покрытые лаком), диэлектрических зеркал пленочные многослойные покрытия) и смешанных; выше описана конструкция металло-диэлект- рического зеркала, основанная на явлении рефракции световой волны.

Зеркальный ячеистый концентратор 10 по периметру имеет контротражатель 11 (алюминиевая фольга).

Угол обзора гелиоприемника с зеркальным ячеистым концентратором 160-170 градусов, т.е. гелиоприемник является бесповоротной солнечной ловушкой, так как солнечное излучение попадает на ячейки структуры и полностью отражается в сторону поглотителя - зачерненного цоколя 7.

Ячеистая структура имеет и второе свойство - гаситель конвективных потоков, т.е. сводит к нулю конвективные теплопотери.k

Гелиоприемник имеет трансформируемую панель 13, которая выполнена из бакелитовой фанеры и теплоизоляционного материала (пенополиуретан), покрыта с внутренней стороны светоотражающим материалом (алюминиевая фольга), а с наружной стороны покрашена белой краской. В закрытом положений панель работает как теплоизолирующая ставня, в открытом - как дополнительный солнцеотражающий экран. Остекление гелиоприемника имеет деревянные коробчатые рамы 14, которые делят его на секции. Коробчатые рамы 14 с зеркальным концентратором и остеклением (см.фиг.1) отстоят от цоколя здания на 15см и образуют воздушный канал 15. который впадает в воздушные каналы многопустотной стандартной панели напольного перекрытия 6, покрытой линолеумом 18, переходят в воздушные.каналы поколя северного фасада, покрытые изнутри алюминиевой фольгой и выходят в подполье, образуя рециркуляционный воздушный контур лучистого напольного отопления,который имеет клапаны 19, 20, закрывающие воздуховоды. Воздушные каналы у основания теплового коллектора 7, в подполье, сведены в общий канал и к нему подключен дублирующий источник теплоты - калорифер 16 и вентилятор 17, работающие совместно или раздельно. Внутренняя поверхность воздуховода северного фасада

покрыта алюминиевой фольгой для уменьшения трения охлажденного воздуха.

В режиме отопления конструкция работает следующим образом (см.фиг.1). Ориентация здания южная или юго-западная.

Теплоизолирующая панель 13 открыта, т.е. находится по отношению к гелиоколлек- тору под углом 90°. Солнечное излучение, на чертежах показано острыми стрелками, попадает на зеркальный ячеистый концентратор 10 и светоотражающую поверхность теплоизолирующей панели 13, от которой отражается и попадает также на ячеистую структуру. Суммарный поток солнечного излучения проходит через остекление 9, зигзагообразную пленку 12 и поглощается железобетонным зачерненным цоколем здания 7, нагревая его. Выходящий из подполья воздух через открытый клапан 19

попадает в воздушный канал 15 гелиоприемника, нагревается, и поступая в каналы железобетонного перекрытия, отдает тепло панели перекрытия 6. Охлаждаясь, воздух опускается по воздуховоду на северном фасаде здания, в подполье. Далее цикл продолжается, т.е. возникает гравитационная циркуляция. Напольные железобетонные многопустотные панели перекрытия б аккумулируют теплоту от теплоносителя - возду ха. проходящего по пустотам панели, а также дополнительно напольное перекрытие нагревается солнечной радиацией, прошедшей через остекление окон (на фиг.1 показаны острыми стрелками). А так как

перекрытие изолировано от подполья теплоизоляцией 2, а от сҐен - жесткой теплоизоляцией 8, излучать тепло оно может только в сторону внутреннего жилого объема (на чертеже показано короткими вертикальными стрелками), образуя напольное лучистое отопление. В часы восхода или захода солнца, когда прием солнечной радиации по показаниям температурных датчиков неэффективен, а также ночью теплоизолирующая панель 13 закрыта, причем циркуляция воздуха в системе продолжается. При возникновении пиковых нагрузок, в связи с похолоданием или из-за плохой прозрачности атмосферы, включаются калорифер 16 с

вентилятором 17. при этом теплоизолирующая панель 13 и клапан воздуховода 19 закрыты.

В летний - неотопительный период, теплоизолирующая панель 13 закрыта, окна зашторены белой тканью, клапаны воздуховодов 19, 20 открыты и прохладный воздух подполья охлаждает железобетонное напольное перекрытие 6. При необходимости циркуляцию можно усилить, включив вентилятор 17, но клапан 19 при работе с вентилятором надо закрыть.

Экономичность данной конструкции показывает следующий пример, так 2-комнат- ный кирпичный дом общей площадью 54 м с применением железобетонных панелей перекрытия имеет суточные теплопотери

Осут. 105 кВт -ч согласно формуле

Осут. 2 к F (tB - т.н) п х 24, кВт ч., где F - площадь ограждения, м2;

к - коэффициент теплопередачи ограж.20,-л . 1

дения, кДж/(м ч

°С), .

Ко

п - поправочный коэффициент к разности температур;

tu- tn - температура внутреннего и наружного воздуха, С°.

Если ограждающие конструкции жилого дома (наружные стены, панели перекрытия), изолировать снаружи мощным слоем теплоизоляции, например пенополиуретан, пено- полистирол, перлитопластбетон толщиной 30 см с коэффициентом теплопроводности А 0,04 - 0,06 вт/м2 °С, тогда сопротивление теплопередачи R0 составит: для наружных стен -8,5 м2 °С/Вт,

для перекрытия - 7,6 м2 °С/Вт,

согласно формуле R0 77- + + -

(ХвССн

где Cfe. ее - коэффициенты теплообмена на внутренних и наружных поверхностях ограждения, кдж/м ч °С

д - толщина слоев материала конструкции, м;

А - коэффициент теплопроводности слоев материала конструкции, вт/м2 °С. Тогда суточные теплопотери изолированного здания составят

Осут. 33,6 квт -ч

Конструкции здания с внешней изоляцией могут аккумулировать тепло. Так, например при нагревании панелей перекрытия от 18°С до 25°С, можно получить количество теплоты Q 24,3 кВт согласно формуле

Q cm At, где m - масса конструкций, кг,

с -теплоемкость материала, кДж/кг °С,

At - разность температур, °С. В нашем примере 6 панелей перекрытия ПК 12,5-58,15 весом 2480кг. Сжб 0,84 кдж/кг °С могут накопить тепла:

п 0.84 х 6 х 2480 х 7 пл „ D Qn ----3600---- 24,3 кВт. Железобетонный цоколь площадью 9 м2, объемом 4,5 м3, южного фасада, может накопить количество тепла:

0 0.84.x7x11250 ,П4П

Оц --3600---1М кВт

Перекрытие, состоящее из 6 панелей ПК 12,5-58,15 и железобетонный цоколь площадью 9 м и объемом 4,5 м3 могут накопить тепла вместе:

Ообщ 0п + 0ц, Ообщ 24,3+ 18,4 42,7 кВт. Эта цифра превышает на 9.1 кВт суточные теплопотери в нашем примере. Вывод: аккумулирование энергии солнца и ветра в теп- лоизолированных конструкциях здания, является самым дешевым способом аккумулирования и отопления, так как не требует так как не требует дополнительных затрат

на устройство аккумулятора и отопительных приборов, поэтому эффективность таких конструкций максимальна.

25

Формула изобретения

Конструкция энергосберегающего здания с системой теплохладоснабжения, содержащая обращенные на юг оконные проемы и воздушный солнечный коллектор,

размещенный в южной стене цоколя здания и связанный с техническим подпольем последнего, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности использования солнечной энергии, коллектор имеет ячеистый зеркальный концентратор, состоящий из пересекающихся прямоугольных полос диэлектрика с двусторонним светоотражающим покрытием, светопропускающее покрытие,.рифленую

зигзагообразную пленку и зачерненный, покрытый стеклокрошкой цоколь, перекрытие между помещением и техническим подпольем выполнено в виде отопительного прибора, имеющего каналы для циркуляции

воздуха, подключенные каждый одним концом к солнечному коллектору, а другим с северной стороны цоколя - к техническому подполью, поверхности южной стены цоколя и перекрытия, обращенные в сторону технического подполья, теплоизолированы, а в последнем установлены дублирующий источник теплоты и вентилятор.

/4

Использование: в гелиотехнике, в системах отопления, совмещенных с конструкциями энергосберегающих зданий. Сущность изобретения: железобетонный цоколь 7 южного фасада хорошо теплоизолированного здания выполняет функцию теплового коллектора, а напольное перекрытие является

Фиг. г