Конструкция энергосберегающего здания с системой теплохладоснабжения

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

is»s F 24 J 2/42

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4802847/06 (22) 19.03.90 (46) 30.05.93. Бюл. O 20 (75) В,Ф.Николаевский и Т.Ю.Кузьменко (56) Патент США М 4580487, кл, F 24 F 7/00, 1986.

Passive solar design concepts, USA 1980, ч 1. Справочник по проектированию зданий с пассивным солнечным теплоснабжением, 1986, т. 1. с. 133. Ы 1818508 А1 (54) КОНСТРУКЦИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО ЗДАНИЯ С СИСТЕМОЙ ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ (57) 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

1818508

30 ния 7

35 аккумулятором тепла и отопительным прибором, оно дополнительно нагревается солнечной радиацией, прошедшей через окна здания, имеющие контротражатели 5 из светоотражающего материала. Гелиоколлектор здания состоит иэ зеркального ячеистого концентратора 10. светопропускающего покрытия 9, рифленой зигзагообразной пленки 12 и теплового коллектора, расположенного в цоколе здания 7. Зеркальный концентратор 10 и светопропускающие покрытия 9, 12 отстоят на некотором рассто-, янии от железобетонного, зачерненного, покрытого стеклокрышкой цоколя 7 и образуют воздушный канал 15, который соединен с воздушными каналами в напольном

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 обьекты.

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 теплоиэолированно о 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 поверхности (пенополиуретан, пенопоперекрытии 6, воздушными каналами на северной стороне цоколя и пространством подполья, образуя рециркуляционный контур лучистого напольного отопления с гравитационной или принудительной циркуляцией. Поверхности южной стены цоколя и перекрытия со стороны подполья покрыты слоем теплоизоляции 2. У основания теплового коллектора в подполье подключен к рециркуляционному контуру дублер в виде калорифера 16 с вентилятором 17. В летний, неотопительный, период теплоизолирующая панель 13 закрыта, окна зашторены белой тканью, клапаны 19, 20 открыты и прохладный воздух подполья охлаждает напольное перекрытие. 2 ил, ливинилхлорид), 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 светоотражающей 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 гелиоприемник, который имеет: зеркальный ячеистый концентратор 10, с контротражателем 11, светопропускающее покрытие 9 (стекло). рифленую зигзагообразную пленку

12 (тефлон) и зачерненный, покрытый стеклокрошкой тепловой коллектор-цоколь здаЗеркальный ячеистый концентратор состоит иэ пересекающихся прямоугольных полос светопропускающего диэлектрика, который изменяет линейно при нагревании

1818508. свой показатель преломления. Светопропускающий диэлектрик (полиметилметакрилат) армирован металлической сеткой из материала с хорошей теплопроводности (дуралюмин, нержавеющая сталь), инсолируемый торец сетки зачернен. Ячеистый концентратор из металлических зеркал (пластины отполированные и покрытые лаком), диэлектрических зеркал пленочные многослойные покрытия) и смешанных; выше описана конструкция металло-диэлектрического 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 теплопотеP PI.

I !

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 положении 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 15 см 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

30 ха. проходящего по пустотам панели, а

40

50

5

25 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 гелиоколлектору 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 6 аккумулируют теплоту от теплоносителя — воздутакже дополнительно напольное перекрытие нагревается солнечнЬй радиацией, прошедшей через остекление окон (на фиг.1 показаны острыми стрелками). А так как перекрытие изолировано от подполья теплоизоляцией 2, а от стен — жесткой теплоизоляцией 8, излучать тепло оно может только в сторону внутреннего жилого обьема (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 иэ-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 венти1818508 лятор 17, но клапан 19 при работе с вентилятором надо закрыть, Экономичность данной конструкции показывает следующий пример, так 2-комнатный кирпичный дом общей площадью 54 м 5 г с применением железобетонных панелей перекрытия имеет суточные теплопотери

Осут. = 105 кВт ч согласно формуле

Осут. = ZK F (ts-тн) и х 24, кВт ч., 10 где F — площадь ограждения, м;

2. к — коэффициент теплопередачи ограждения, кДж/(м ч С), к = —;

2,,о 1

Ro

n — поправочный коэффициент к разно- 15 сти температур;

Ь- tH — температура внутреннего и наружного воздуха, Со.

Если ограждающие конструкции жилого дома (наружные стены, панели перекрытия), 20 изолировать снаружи мощным слоем теплоизоляции, например пенополиуретан, пенополистирол. перлитопластбетон толщиной

30 см с коэффициентом теплопроводности

А= 0,04 - 0,06 вт/м С, тогда сопротивле- 25 ние теплопередачи Rp составит: для наружных стен — 8,5 м . С/Вт, для перекрытия - 7,6 м оС/Вт, согласно формуле Rp = — + Хд/А+ — 30

1 1 аа С4 где ав, ан — коэффициенты теплообмена на внутренних и наоужных поверхностях ограждения, кдж/м ч . С д — толщина слоев материала конструкции, м; 35

А — коэффициент теплопроводности слоев материала конструкции, вт/м С.

Тогда суточные теплопотери изолированного здания составят

Осут. = 33,6 квт ч 40

Конструкции здания с внешней изоляцией могут аккумулировать тепло, Так, например при нагревании панелей перекрытия от

18 С до 25 С, можно получить количество теплоты О = 24,3 кВт согласно формуле 45

О=саетt, где m — масса конструкций, кг, с — теплоемкость материала, кДж/кг С, At — разность температур, С.

В нашем примере 6 панелей перекрытия ПК 50

12,5-58,15 вЕСОм 2480 кг. Смб =, 0,84 кдж/кг . С могут накопить тепла:

084хбх2480х7 243 В

Железобетонный цоколь площадью 9 м, объемом 4,5 м, южного фасада, может

2 з накопить количество тепла:

0,84 х 7 х 11250 18 4

Перекрытие, состоящее из 6 панелей ПК

12,5-58,15 и железобетонный цоколь площадью 9 м и объемом 4,5м могут накопить тепла вместе:

Ообщ = Оп + Оц 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 теплоизолированных 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.

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, светоп ропускающее 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.

1818508 иг. 2

Составитель В.Николаевский

Техред M.Moðãåíòàë Корректор Н, Ревская

Редактор Н.Коляда

Заказ 1932 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент . г. Ужгород, ул.Гагарина, 101