устройство регулирования светового потока

Формула изобретения

1. Устройство регулирования светового потока, содержащее размещенные в проеме сооружения наружную светопрозрачную изоляцию и установленный за ней делитель светового потока на части с теплообменником для прохода энергоносителя, а также теплоизоляцию, отличающееся тем, что теплоизоляция выполнена в виде экрана, установленного за делителем светового потока и имеющего регулируемые светопроницаемые участки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплообменник делителя светового потока снабжен теплоизоляцией.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что делитель светового потока с теплообменником и теплоизоляцией выполнен из отдельных частей, установленных по всей площади проема с возможностью поворота или смещения одна относительно другой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к регулировке светового солнечного потока, попадающего в проемы сооружения, путем отбора из него тепла с последующей утилизацией, и может быть использовано в оконных проемах, прозрачной кровле и стеновых ограждениях зданий и сооружений.

Известен способ использования солнечной радиации, попадающей в проем здания, включающий прохождение потока через светопрозрачную изоляцию, отбор из него тепла с последующим накоплением в аккумуляторе теплоты (Харченко Н. В. Индивидуальные солнечные установки. М.: Энергоатомиздат, 1991, стр. 104, рис. 51, 52).

Недостатком этого способа является отсутствие деления потока на части, которое необходимо регулировать в зависимости от положения солнца, освещенности, температуры окружающей среды и внутри здания. Поэтому этот способ и не нашел своего применения в окнах зданий и сооружений, т.к. днем температура вне и внутри здания высокая, утром и вечером, а особенно ночью тепловой поток мал или он совсем отсутствует, и идет интенсивный отвод тепла из здания за его пределы через светопрозрачную изоляцию (стекло, пленку и т.д.). Таким образом отсутствует возможность регулирования светового потока в зависимости от конкретных условий.

Также известен способ защиты проемов зданий и сооружений, преимущественно окон жилых и производственных сооружений от солнечного потока, включающий разделение всего потока на части, одна часть которого возвращается во внешнюю среду в виде отраженного потока, а другая проходит внутрь здания через светопрозрачную теплоизоляцию (см. а.с. N 850866, СССР, по кл. E 06 B 9/24, 1979).

Недостатком этого способа являются большие потери тепловой энергии потока, которая отражается при делении. Эта тепловая энергия не проходит внутрь здания и ее невозможно использовать на нужды (нагрев, утилизацию, аккумулирование и т.д.). Поэтому этот способ нашел отражение в установке жалюзей на окнах, которые только делят световой поток на части.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение потерь энергии светового потока, попадающего внутрь сооружения, и возможность регулировки его в зависимости от освещенности и температуры внутри сооружения.

Указанная задача достигается тем, что в предлагаемом способе регулирования светового потока, включающем прохождение потока через светопрозрачную изоляцию проема, деление его на части, отбор из потока тепла и его утилизацию, весь световой поток, попадающий в плоскость проема без отражения, пропускают через светопрозразчную изоляцию проема сооружения внутрь, а деление его на части и отбор тепла на утилизацию производят после прохождения светопрозрачной изоляции или с делением потока на части, например, с помощью изменения эффективной площади теплообменника или светопроницаемости теплоизоляции.

Согласно предложенному способу весь световой поток со всей его энергией пропускают через светопрозрачную изоляцию внутрь проема без отражения и разделяют его на части. Сначала формируют поток, необходимый для освещенности внутри помещения, а оставшуюся часть потока одновременно направляют на отбор из него тепла с помощью теплообменника с последующим использованием или аккумулированием тепла для последующего его использования (нагрев воды, батарей и т.д.).

Пример. В проемах здания, имеющих светопроницаемую изоляцию (стекло, пленку и т.д.), пропускают весь падающий на него солнечный поток света. Затем после светопрозрачной изоляции его разделяют на две части, одна из которых пропускается внутрь помещения на освещение, а другая задерживается в проеме теплопоглощающей поверхностью теплообменника и утилизируется в виде тепла. В качестве теплопоглощающей поверхности используют шторы или жалюзи, площадь которых по меньшей мере равна площади каждого проема сооружения. Шторы и жалюзи выполнены перемещающимися в проеме, неподвижными или с возможностью поворота в плоскости проема. За счет перемещения штор или жалюзей изменяется соотношение прозрачной и непрозрачной части, что и обеспечивает формирование потока освещения внутри сооружения в первую очередь, а остальная часть потока направляется одновременно на теплообменник для выделения из него тепла с последующим его использованием.

Если требуется в здании много света, то, открывая шторы, пропускают большую часть или весь поток внутрь здания, а меньшая часть потока направляется на выделение из него тепла.

Если требуется в здании небольшая освещенность, то большая часть или весь поток направляется на выделение из него тепла.

Таким образом весь световой поток, попадающий в площадь проема, постоянно пропускается внутрь проема, и при этом поддерживаются необходимые освещенность и температура внутри помещения независимо от интенсивности светового потока и температуры вне здания.

Использование изобретения позволяет снизить потери поступающей солнечной энергии, повысить КПД работы теплообменника, исключить переохлаждение системы при низких температурах и уменьшить тепловые потери из помещения в ночное время. Кроме того, снижается себестоимость изготовления системы утилизации тепла путем исключения дублирования изготовления одной или нескольких частей системы, так как все детали теплового коллектора или часть из них являются одновременно частями здания или устройствами для регулировки светового потока, установленными при строительстве оконных проемов зданий и сооружений.

Изобретение относится к тепловым коллекторам, для выделения и отбора тепловой энергии из солнечного потока, попадающего в проем сооружения независимо от его месторасположения в конструкции сооружения, и может быть использовано для сбора и утилизации тепла за все световое время суток, а также снижения теплоотдачи в ночное время суток.

Известен солнечный водонагревательный коллектор, включающий корпус, внутри которого установлено остекление, теплоизоляция и тепловая труба для подвода воды. Труба связана с баком-аккумулятором тепловой воды (Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. М.: Энергоатомиздат, 1991, стр. 58, рис. 26, 27, 28).

Недостаток этого вида коллекторов - это низкий КПД, большие площади, занимаемые коллектором вне сооружения, и неэффективность работы коллектора в ночное время из-за низких температур окружающей среды (минусовые температуры). Кроме того, требуются значительной длины инженерные сети для передачи тепла от коллектора к аккумулятору, в которых возникают значительные потери.

Также известен солнечный коллектор для гелиотеплиц, содержащий прозрачную изоляцию, опорные стенки с теплоизоляцией и галечный аккумулятор, расположенный внутри помещения (см. упомянутую выше книгу Харченко Н.В., стр. 106, рис. 52).

Недостатком этого вида коллекторов является отсутствие регулировки потока солнечного света в дневное время, что не позволяет регулировать температуру и освещенность внутри помещения в зависимости от изменения интенсивности светового потока. Кроме того, аккумулятор теплоты установлен внутри помещения на противоположной стороне помещения по отношению к светопроницаемой изоляции. Поэтому при прохождении потока света он нагревает внутреннюю полость помещения, а поток только нагревает аккумулятор.

Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение КПД, снижение стоимости теплообменных аппаратов, а также уменьшение потерь полученной энергии при отсутствии потока света в ночное время.

Это достигается тем, что в устройстве для регулировки светового потока, состоящем из узлов: светопрозрачной изоляции, делителя потока на части, теплообменника, теплоизоляции и сооружения с проемами, один или несколько узлов устройства совмещены с частями сооружения и установлены за светопрозрачной изоляцией в проемах и с внутренней стороны сооружения. Теплоизоляция устройства снабжена светопроницаемыми участками, а их светопроницаемость выполнена регулируемой. Делитель потока, теплообменник и теплоизоляции выполнены единым узлом, а проемы сооружения снабжены светопрозрачным экраном, установленным за узлом с противоположной стороны по отношению к светопроницаемой изоляции. Единый узел выполнен из нескольких одинаковых частей, установленных по всей площади проема сооружения с возможностью поворота или смещения по отношению друг к другу.

На фиг. 1 изображено схематично сооружение с тепловым коллектором, выполненным в соответствии с изобретением.

На фиг. 2 - сечение по А-А фиг. 1 (вариант выполнения экрана).

На фиг. 3 - сечение по А-А фиг. 1 (другой вариант выполнения экрана).

Предлагаемое устройство содержит не менее одного сквозного проема 1, расположенного в стенах 2 или крыше 3. В каждом из проемов 1 установлены: светопроницаемая изоляция 4, за которой размещены делитель потока 5 в виде стационарных или поворотных жалюзей, теплообменник 6 и теплоизоляция 7, которые могут быть выполнены в виде единого узла. Световой поток 8, пройдя через светопрозрачную изоляцию 4, попадает на делитель потока 5 и разделяется на части. Внутрь помещения 9 сооружения попадает часть потока 10, а на утилизацию направляется часть потока 11.

За теплоизоляцией 7 в проемах 1 установлены экраны 12, выполненные полностью или частично прозрачными и с регулируемой светопроницаемостью. В другом случае теплоизоляция 7 снабжена светопроницаемыми участками 13, площадь которых может изменяться по отношению к ее непрозрачной части и установлена в проеме здания сразу за делителем потока 5.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. Весь световой поток 8, пройдя светопрозрачную изоляцию 4 проема 1, попадает на делитель 5, часть потока 11 направляется в сторону теплоизоляции 7, а другая часть 10 пропускается внутрь помещения 9 и освещает его. Поток 11 нагревает теплообменник 6 и преобразует световую энергию в тепловую с последующим ее использованием.

Регулирование светового потока 8 осуществляется тремя путями.

Первый. За счет смещения теплоизоляции 7 относительно проема 1 тем, самым изменяется площадь светопрозрачных участков 13 по отношению к площади ее непрозрачной части, например, путем смещения всей теплоизоляции 7 в одном из направлений проемов 1 или не поворота вокруг одной или нескольких осей по всей длине или ширине проемов или их части, а утилизация производится теплообменником 6 из пространства между теплоизоляцией 7 и светопроницаемой изоляцией 4. При этом в любом случае внутренняя полость 9 сооружения изолирована от полости проемов 1, расположенной за светопрозрачной изоляцией 4. В этом случае теплоизоляция 7 выполнена раздельно с теплообменником 6 и делителем потока 5.

Второй. В этом случае теплоизоляция 7, делитель потока 5 и теплообменник 6 выполнены единым узлом и установлены в проемах 1 здания за светопрозрачной изоляцией 4, а за единым узлом по отношению к светопрозрачной изоляции 4 установлен светопрозрачный экран 12. Экран 12 неподвижен, а единый узел может как поворачиваться, так и смещаться в площади проема 1, изменяя площадь светопрозрачной и светонепрозрачной части единого узла. Утилизация тепла осуществляется из пространства между экраном 12 и светопрозрачной изоляцией 4.

Третий. Это когда первые два случая совмещены, т.е. когда имеется и экран 12, и теплоизоляция 7 с участками 13. Регулировка светопроницаемой части и непроницаемой части осуществляется как теплоизоляцией 7, так и делителем потока 5.

Работа теплообменника 6 аналогична известным конструкциям теплообменников, в которых имеется полость, заполненная энергоносителем (вода, воздух и т.д.), который циркулирует по полости. Энергоноситель нагревается под действием тепла солнечного потока и отдает тепло в аккумуляторе. Эта схема не показана, т.к. не влияет на суть предлагаемого решения.

Как показано на чертежах, предложенное устройство, как отдельный элемент, не может существовать отдельно от сооружения, т.к. в нем не менее чем один элемент является частью сооружения. В частности, в нем могут быть использованы светопрозрачная изоляция, корпус и теплоизоляция, которые совмещены с частью сооружения, например остекление проемов стен и крыш, штор и жалюзи проемов.

Использование изобретения позволяет постоянно направлять энергию светового потока как на освещенность внутри здания, так и на отбор из него тепла одновременно с дальнейшим его использованием. Кроме того, использование частей здания, сооружения и в конструкции теплообменника позволяет получить компактное устройство с небольшой стойкостью. Предложенное техническое решение позволяет максимально преобразовывать световой поток независимо от его интенсивности в тепловую энергию, резко сокращает затраты на изготовление тепловых коллекторов, не требует дополнительных площадей для их размещения, та как в любом сооружении, будь то здание, теплица или другой вид сооружений, имеются проемы с окнами, дверями и т.д., которые постоянно находятся под воздействием солнечного потока.